„Unmögliche“ Scheibe: Ein Schwarzes Loch im Zentrum einer fernen Galaxie verblüfft die Astronomen. Denn es besitzt eine kompakte Scheibe rasender Gase – etwas, das es bei einem so „appetitlosen“ Schwarzen Loch eigentlich gar nicht geben dürfte. Der Galaxienkern ähnelt eher einem Mini-Quasar als einem klassisch „ausgehungerten“ Schwarzen Loch, wie die Forscher berichten. Damit widerspreche diese Akkretionsscheibe klar den gängigen Theorien.

Im Zentrum fast jeder Galaxie sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch – auch bei der Milchstraße. Während Sagittarius A* jedoch kaum aktiv ist und nur wenig Materie anzieht, ist dies bei aktiven Galaxienkernen (AGN) beispielsweise von Quasaren anders: Ihre Schwarzen Löcher sind von heißen, hell strahlenden Akkretionsscheiben aus Gasen und Staub umgeben. Die Strahlenemission dieser Scheiben und ihrer Umgebung hinterlässt im Lichtspektrum solcher Objekte ein charakteristisches Muster, die sogenannte Broad Line Region.

Die Spiralgalaxie NGC 3147 – eigentlich ein Kandidat für ein zentrales Schwarzes Loch ohne ausgeprägte Akkretionsscheibe. © ESA/Hubble & NASA, A. Riess et al.

„Hungerndes“ Schwarzes Loch im Visier

Doch gängiger Theorie nach kommen solche Akkretionsscheiben und die Strahlenmuster der Broad Line Region nur dann vor, wenn das Schwarze Loch genügend „Futter“ bekommt. Ist die Materiedichte in der Galaxie dagegen zu gering, bläst die Abstrahlung vom Schwarzen Loch das Gas nach außen weg, statt es in einer Scheibe zu konzentrieren. Deshalb dürften solche aktiven Galaxienkerne vom Typ 2 eigentlich keine ausgeprägten Akkretionsscheiben besitzen – so jedenfalls dachte man.

Jetzt haben Astronomen um Stefano Bianchi von der Universität Rom eine Galaxie entdeckt, die dieser Theorie widerspricht. Auf den ersten Blick ist die 130 Millionen Lichtjahre entfernte NGC 3147 eine klassische Galaxie mit „hungerndem“ Schwarzem Loch. „Die Leuchtkraft der Sterne in dieser Galaxie überstrahlen ihr Zentrum bei weitem“, erklären die Forscher. „Wir dachte deshalb, dass dies der beste Kandidat ist, um zu bestätigen, dass die Akkretionsscheiben unterhalb bestimmter Luminositäten nicht mehr existieren.“

Quasar im Mini-Format

Aber das erwies sich als Irrtum. Denn als die Forscher diese Spiralgalaxie mithilfe des Hubble-Weltraumteleskops näher in Augenschein nahmen, stellten sie Überraschendes fest: Das Lichtspektrum des Galaxienkerns wies deutlich verbreiterte Linien auf – ein Indiz für die Präsenz einer Akkretionsscheibe und schnell rotierender Gase. Gleichzeitig bestätigten die Messdaten, dass die Akkretionsrate des Schwarzen Lochs eigentlich viel zu gering ist, um diese Merkmale auszubilden.

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„Was wir da sahen, war völlig unerwartet“, sagt Koautor Ari Laor vom Technion in Haifa. Denn das Strahlungsmuster dieses Galaxienkerns entsprach nicht dem „hungernden“ Typ 2, sondern ähnelte eher einem Quasar im Kleinformat. „Es ist die gleiche Art von Materiescheibe, die wir sonst in tausend- und hunderttausendfach leuchtstärkeren Objekten sehen“, erklärt Bianchi.

„Unsere Modelle haben klar versagt“

Nach Ansicht der Astronomen spricht dies dafür, dass bisherigen Annahmen zu solchen leuchtschwachen aktiven Galaxien falsch sein müssen. „Da NGC 3147 den wahrscheinlich besten Kandidaten für diese Art Galaxienkernen darstellt, stellt unser Resultat die gesamte Existenz von echte Typ 2 Galaxienkernen in Frage“, konstatieren die Forscher. Die Tatsache, dass diese Galaxie entgegen allen Vorhersagen doch eine kompakte, dünne Materiescheibe besitzt, verändere die gängige Sicht auf diese Phänomene.

„Unsere theoretischen Modelle für solche leuchtschwache aktive Galaxien haben klar versagt“, sagt Bianchi. Demnach führt ein geringer „Appetit“ des Schwarzen Lochs keineswegs dazu, dass die Akkretionsscheibe komplett verschwindet. Stattdessen wird die Materiescheibe nur dünner, aber kompakter. Den Spektraldaten nach rast sie mit etwa zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit um das rund 250 Millionen Sonnenmassen schwere Schwarze Loch.

Ob diese Galaxie nur ein Ausreißer ist oder ob die gängige Theorie tatsächlich völlig falsch liegt, wollen die Astronomen nun mithilfe weiterer Beobachtungen klären. Sie planen, dafür weitere leuchtschwache Galaxienkerne mit dem Hubble-Teleskop zu untersuchen.

Wenigstens Einstein behält Recht

Immerhin: Ein Merkmal von NGC 3147 entspricht doch den astrophysikalischen Standardmodellen: Der rasende Materiering rückt so nah an das Schwarze Loch heran, dass seine Strahlung von der Schwerkraftwirkung stark in den roten Wellenbereich gedehnt wird – Einstein beschrieb diesen Effekt in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie als Gravitations-Rotverschiebung.

„Wir haben die Effekte der speziellen und Allgemeinen Relativitätstheorie im sichtbaren Licht noch nie so deutlich gesehen, sagt Koautor Marco Chiaberge vom Space Telescope Science Institute in Baltimore. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters 2019; doi: 10.1093/mnrasl/slz080)

Quelle: NASA

15. Juli 2019

- Nadja Podbregar