Supermassiver Superlativ

Im Universum wimmelt es von Phänomenen, die die Vorstellungskraft übersteigen. Unsichtbare Objekte, die alle Materie verschlingen? Wie ist das möglich, was genau fällt hinein und was passiert im Inneren? Zu Schwarzen Löchern können selbst Nobelpreisträger nur Berechnungen anstellen. Doch das ist nicht alles. Galaxien prallen zusammen, Himmelskörper jagen durch den Kosmos und am Freitag berichtete die US-Weltraumbehörde Nasa von einem Superlativ der Kräfte: In einer fernen Galaxie sollen zwei riesige Schwarze Löcher mit einander verschmolzen sein und dabei so starke Gravitationswellen erzeugt haben, dass diese das Schwerkraft-Monster mit der Kraft eines supermassiven Sturms aus seiner Heimatgalaxie katapultierten. Umso beeindruckender erscheint dies, als Gravitationswellen erstmals im Februar 2016 gemessen wurden.

Wohin wurde das Materie-fressende Monster geschleudert? Nimmt es Kurs auf die Milchstraße, rast es direkt auf die Erde zu? Nein und nein, beruhigen die Forscher. Das Phänomen war vorhergesagt und es wird uns kein Schwarzes Loch verschlucken. Oder zumindest nicht dieses, denn es rast in eine andere Richtung.

Konkret hatten Astronomen um Marco Chiaberge vom Space Telescope Science Institute in Baltimore mit dem Hubble-Weltraumteleskop eine acht Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie untersucht. (Zehn Billionen Kilometer legt das Licht in einem Jahr zurück.) Die Ansammlung von Sternen, Planetensystemen und Gasnebeln gehört zu einem Galaxienhaufen, in dem sie nach verschmelzenden Sternsystemen gesucht hatten. Zu ihrer Überraschung beobachteten die Forscher einen Quasar in den Außenbezirken der Galaxie. "Schwarze Löcher hausen im Zentrum, daher ist es ungewöhnlich, einen Quasar nicht dort zu beobachten", erläutert Chiaberge.

Zur Erklärung: Ein Quasar ist der aktive Kern einer Galaxie, der im sichtbaren Bereich des Lichtes ähnlich wie ein Stern nahezu punktförmig erscheint und große Energiemengen ausstrahlt. Er besteht aus einem Schwarzen Loch, umgeben von einer Scheibe von Materie. Quasare zählen zu den leuchtkräftigsten Objekten im All.

Unvorstellbare Kräfte am Werk

Der Quasar mit der Katalognummer "3C 186" strahlt jedoch nicht, wo er sollte, sondern 35.000 Lichtjahre vom Zentrum seiner Galaxie entfernt - das ist weiter als von der Sonne zum Zentrum der Milchstraße. Seine Geschwindigkeit legt laut den Forschern nahe, dass er seine Galaxie in 20 Millionen Jahren verlassen und dann durch das Weltall vagabundieren wird. Sie überprüften das ungewöhnliche System mit dem "Chandra"-Röntgenobservatorium und dem Sloan Digital Sky Survey. "Als wir die Ergebnisse kombinierten, deutete alles auf dasselbe Szenario hin", sagt Chiaberge.

Er und seine Kollegen gehen davon aus, dass die Heimatgalaxie des ausgerissenen Quasars mit einer Nachbargalaxie verschmolzen ist. Dabei sind auch die beiden supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum verschmolzen. Bei diesem Prozess umkreisen zwei Schwarze Löcher einander immer enger und schneller und strahlen dabei spiralförmige Gravitationswellen ab - ähnlich wie ein rotierender Rasensprenger Wasser verteilt.

Symmetrisch rotierende Gravitationswellen entstehen jedoch nur, wenn die Schwarzen Löcher dieselbe Masse und Eigenrotationsrate besitzen. "Was aber hier passiert ist, ist, dass sie nicht genau gleich waren. Das erzeugt eine Asymmetrie in den Gravitationswellen. Dadurch wird mehr Energie in eine Richtung abgestrahlt", erklärt Sascha Husa von der Universität der Balearen in Palma de Mallorca. "Es entsteht ein Rückstoßeffekt wie bei einer Rakete - nur nicht mit Gas, sondern mit Gravitationswellenenergie. Das verschmolzene Schwarze Loch fliegt dann in die entgegengesetzte Richtung weg."

Die Erde bleibt verschont

Der aus Österreich stammende Physiker war an den Experimenten am Ligo-Observatorium beteiligt, mit dessen Hilfe Gravitationswellen im Vorjahr nachgewiesen werden konnten. Mit seinen Kollegen hat er den Rückstoß "vor zehn Jahren" vorhergesagt: "Die Erkenntnisse geben Aufschluss über die Geschehnisse im All."

Gravitationswellen werden ständig erzeugt, auch durch die Erdumlaufbahn um die Sonne. Zumeist sind sie zu schwach, um gemessen werden zu können. Nur an schweren, kompakten Himmelsobjekten können sie nachgewiesen werden - aber nicht mit jedem Instrument. Noch konnte kein Detektor die Verschmelzung zweier massiver Schwarzer Löcher direkt messen. Entsprechende Geräte, wie etwa das geplante europäische Instrument NGO, sollen ab 2034 in Betrieb geben.

Das von den Forschern beobachtete Schwarze Loch hat eine Masse von einer Milliarde Sonnen. Umgeben von seinem Quasar schießt es mit 7,6 Millionen Stundenkilometern aus seiner Heimat heraus. Dass das todbringende Geschoss auf uns zielt, sei aber "extrem unwahrscheinlich", erklärt Thomas Posch, Astronom an der Universitätssternwarte in Wien: "Es geht in jene seitliche Richtung, in die wir den Quasar gegenüber dem Galaxienzentrum verschoben sehen. Käme es zu uns, würden wir - so wie bei den Scheinwerfern eines Flugzeugs, das auf uns zufliegt - keine räumliche Verschiebung sehen." Posch zeigt sich skeptisch zur Erklärung für die Position des Quasars. "Man muss viele Annahmen treffen. Anstatt dass fünf Beobachtungen eine Hypothese stützen, wird eine Beobachtung durch mehrere Annahmen erklärt."

Auch im Zentrum der Milchstraße sitzt ein Schwarzes Loch. Hier herrscht allerdings verhältnismäßige Ruhe, denn die Milchstraße ist älter und weniger aktiv als die untersuchte Galaxie. Zudem besitzt "unser" Massemonster keinen Zwilling, mit dem es sich vereinigen kann. "Nur wenn die Milchstraße tatsächlich mit ihrer Nachbargalaxie Andromeda zusammenstößt, könnte das passieren", sagt Husa. Die extrem unwahrscheinliche Explosion einer Supernova in unserer Nähe wäre mit ihren Gammastrahlen eine größere Gefahr für das Leben.

WISSEN

Quasare sind die Kerne aktiver Galaxien und erstrahlen als besonders helles Licht. Sie werden als Außenhülle eines Schwarzen Loches sichtbar, wenn dieses von extrem heißem Gas umgeben ist. Anders gesagt handelt es sich dabei um Schwarze Löcher, in die sehr viel Materie einströmt.

Schwarze Löcher hausen im Zentrum von Galaxien. Ihre Materie ist so stark zusammengepresst, dass nichts ihrer enorm hohen Anziehungskraft entkommt. Sie können etwa aus ausgebrannten Sonnen entstehen und fungieren wie kosmische Staubsauger. Ihre Gravitation ist so stark, dass auch kein Licht nach außen dringen kann, daher sind sie unsichtbar.

Supermassive Schwarze Löcher sind besonders massereiche Zeitgenossen. Sie sind 100.000 Mal massiver als unsere Sonne und befinden sich ebenso im Zentrum von Galaxien.

Galaxien sind eine große Ansammlung von Sternen, Planetensystemen, Gasnebeln, Staub und dunkler Materie, die von der Schwerkraft zusammengehalten werden.

Gravitationswellen entstehen durch Bewegungen von Himmelskörpern - auch dann, wenn zwei Galaxien kollidieren und ihre Schwarzen Löcher verschmelzen. Dabei entstehen kleine Schwingungen in der Raumzeit.

Raumzeit Ihre Existenz wurde von Albert Einstein vorhergesagt und über Gravitationswellen nachgewiesen. Neben Länge, Höhe und Breite ist die Raumzeit die vierte Dimension. Damit bildet sie die Gesamtheit aller Ereignisse. Große Massen können eine Krümmung der Raumzeit bewirken.