Im Herzen der Galaxie Markarian 501 könnten sich zwei supermassereiche Schwarze Löcher in einer engen Umlaufbahn befinden. Laut einer Studie unter der Leitung von Silke Britzen vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn umkreisen sie sich alle 121 bis 146 Tage. Die Ergebnisse wurden in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht. Die Forscher schätzen, dass die beiden Schwarzen Löcher innerhalb von etwa 100 Jahren verschmelzen könnten.
Indizien für ein zweites Schwarzes Loch
Das zweite Schwarze Loch wurde bisher nicht direkt beobachtet. Stattdessen entdeckte das Team einen zweiten Radiojet, der sich um den Kern der Galaxie windet. Dieser Jet zeigt ein Verhalten, das mit einem einzelnen Schwarzen Loch schwer zu erklären ist. Markarian 501 ist ein Blazar im Sternbild Herkules, etwa 460 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Sein Hauptjet ist nahezu direkt auf die Erde ausgerichtet. Die scharfe Krümmung des Jets zwischen seinen inneren und äußeren Bereichen wurde seit Jahrzehnten diskutiert, wobei ein verstecktes zweites Schwarzes Loch als mögliche Erklärung vorgeschlagen wurde.
Das Team analysierte 83 Radioaufnahmen des Galaxienkerns, die zwischen September 2011 und Juli 2023 mit dem Very Long Baseline Array bei 43 GHz aufgenommen wurden. Neben dem bekannten Jet identifizierten sie einen zweiten, der sich auf der gegenüberliegenden Seite des Kerns zu bilden scheint und ihn gegen den Uhrzeigersinn umkreist. In zwei Aufnahmen aus dem Jahr 2023 verschmolz dieser Jet mit dem Hauptjet, ein Muster, das sich laut den Forschern in den Daten wiederholt.
Umlaufbahn und mögliche Verschmelzung
Die geschätzte Umlaufzeit von 121 Tagen ist mit Unsicherheiten behaftet. Eine alternative Berechnung basierend auf der Wiederholung der Jet-Struktur ergibt eine Umlaufzeit von 146 Tagen. Die Forscher gehen davon aus, dass die beiden Schwarzen Löcher jeweils zwischen 100 Millionen und einer Milliarde Sonnenmassen haben und etwa 250 bis 540 Mal den Abstand zwischen Erde und Sonne voneinander entfernt sind. Bei einer kombinierten Masse von 700 Millionen Sonnen und einer Umlaufzeit von 146 Tagen beträgt der Abstand etwa 469 Astronomische Einheiten.
Ein so enges Paar verliert durch Gravitationswellen Energie. Die Autoren berechnen, dass das System mindestens 250 weitere Umläufe überdauern sollte, was auf eine Verschmelzung innerhalb von etwa einem Jahrhundert hindeutet. Diese Schätzung geht jedoch von einer nahezu kreisförmigen Umlaufbahn aus. Ein stark elliptischer Orbit, wie er für die Erklärung eines 7-jährigen Zyklus erforderlich wäre, würde eine genauere Lebensdauerberechnung erfordern.
Die direkte Beobachtung der Verschmelzung ist mit aktuellen Teleskopen nicht möglich. Selbst das geplante Black Hole Explorer-Mission würde die benötigte Auflösung nicht erreichen.
Vorsicht bei der Interpretation
Ein besonders auffälliges Merkmal der Studie ist die mögliche Beobachtung eines Einstein-Rings, der durch die Gravitationslinse eines Schwarzen Lochs entsteht. Die Berechnungen zeigen jedoch, dass die beiden Schwarzen Löcher für einen Ring dieser Größe etwa 10 bis 100 Parsec voneinander entfernt sein müssten – deutlich weiter als die vorgeschlagene Umlaufbahn. Die Forscher schlagen daher vor, dass der Ring nicht vom Schwarzen Loch selbst, sondern vom zweiten Jet stammen könnte.
Das Team hat auch andere Erklärungen für die beobachteten Phänomene untersucht, darunter Wellen entlang des Jets und Schockwellen. Keine dieser Erklärungen konnte jedoch alle Beobachtungen vollständig erklären. Zudem gibt es praktische Einschränkungen: In 17 der 83 Aufnahmen war nicht der Kern der Galaxie der hellste Punkt, und die Bilder wurden nicht an einem festen Referenzpunkt ausgerichtet, was eine sorgfältige Ausrichtung erforderte.
Frühere Studien haben bereits Hinweise auf mögliche Begleiter in Markarian 501 gefunden, mit vorgeschlagenen Umlaufzeiten von 23, 72, 332 und 630 Tagen. Eine aktuelle Studie aus dem Jahr 2024 identifizierte ein wiederkehrendes Signal von etwa 224 Tagen, das jedoch auf ein deutlich leichteres Schwarzes Loch hindeutet. Die Diskrepanzen zwischen den verschiedenen Studien zeigen, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind.
- Quelle: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
- Quelle: Space Daily