Forscher finden Hinweise auf Dutzende Galaxien, die um zwei Schwarze Löcher kreisen

Neue Forschungen deuten darauf hin, dass einige Galaxien zwei massereiche Schwarze Löcher in ihren Zentren haben könnten. Ähnlich wie Pulsare oder einzelne Schwarze Löcher können die Doppelsysteme extrem energiereiche Strahlung aussenden.

Mit einem internationalen Astronomenteam haben Wissenschaftler der Clemson University im amerikanischen South Carolina elf aktive Galaxien identifiziert. Periodische Gammastrahlen-Emissionen aus ihren Zentren lassen tatsächlich zwei umeinander kreisende Schwarze Löcher vermuten. Die Ergebnisse ihrer Forschungsarbeit veröffentlichte das Team am 19. Juni 2020 im „Astrophysical Journal“.

Periodische Gammastrahlen-Muster: Wie Wellen eines kleinen Bootes in einem stürmischen Ozean

„Im Allgemeinen sind supermassive Schwarze Löcher durch Massen von mehr als einer Million Sonnen gekennzeichnet“, sagte Pablo Peñil, Hauptautor der Studie. Einige dieser galaktischen Zentren stoßen ähnlich wie Pulsare elektromagnetische Strahlen in sogenannten Jets aus. In ihnen werden Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und über tausende Lichtjahre weit ins All geschossen.

Während die Emissionen der Jets das gesamte elektromagnetische Spektrum umfassen, setzten sie den größten Teil ihrer Energie in Gammastrahlen frei. Diese kann unter anderem das NASA-Weltraumteleskop „Large Area Telescope“ aufspüren.

„Das Erkennen regelmäßiger Muster in ihrer Gammastrahlen-Emission ist so, als ob man auf die stürmische See schaut und nach der winzigen regelmäßigen Wellenmenge sucht, die beispielsweise durch die Passage eines kleinen Bootes verursacht wird“, sagte Peñil. „Es wird sehr schnell sehr anspruchsvoll.“

Zwei Schwarze Löcher im Zentrum Dutzender Galaxien

Anhand von Daten aus neun Jahren kontinuierlicher Beobachtung konnten die Forscher um Peñil mehrere Galaxien mit wiederkehrenden Mustern identifizieren. Im Gegensatz zu Pulsaren, deren Zyklen teilweise nur wenige Sekunden dauern, wiederholten sich die Gammastrahlen-Emissionen im Durchschnitt etwa alle zwei Jahre. Ihre Ursache ist bis heute jedoch unklar.

Co-Autor Marco Ajello, außerordentlicher Professor für Physik und Astronomie an der Clemson University, sagte, dass es mehrere Erklärungsversuche gebe. „Wir haben einige Möglichkeiten im Sinn – von Leuchtturmeffekten, die von den Jets erzeugt werden, bis hin zu Modulationen im Materiestrom zum Schwarzen Loch.“

Besonders interessant sei zudem die Möglichkeit, dass die Periodizität durch ein Paar supermassiver Schwarzer Löcher erzeugt wird, die sich umeinander drehen. Weiter sagte Ajello: „Das Verständnis der Beziehung dieser Schwarzen Löcher mit ihrer Umgebung ist für das Verständnis der Entstehung von Galaxien von wesentlicher Bedeutung.“

Von den mehr als zweitausend untersuchten aktiven galaktischen Zentren wiesen jedoch nur etwa ein Dutzend diese faszinierende zyklische Emission auf, fügte Alberto Domínguez, Peñils Doktorvater und ehemaliger Postdoktorand Ajellos in Clemson, hinzu.

„Bisher waren nur zwei Blazare bekannt, die periodische Veränderungen in ihrer Gammastrahlen-Helligkeit zeigen“, konkretisiert Co-Autorin Sara Buson, Professorin der Universität Würzburg. „Dank unserer Studie können wir mit Zuversicht sagen, dass dieses Verhalten in elf weiteren Quellen vorhanden ist.“

In 13 weiteren Galaxien existieren Hinweise auf zyklische Emission. Diese zu bestätigen ist eine Aufgabe der Zukunft, wenn es mehr Beobachtungsdaten geben werde, so Buson.

(Mit Material der Clemson University)