In den Zentren der großen Galaxien befinden sich ebenso große schwarze Löcher. Auch unsere Milchstraße enthält in ihrer Mitte so ein supermassereiches schwarzes Loch, das ungefähr 4,5 Millionen Mal schwerer als unsere Sonne ist. Die Galaxien sitzen nicht regungslos im Weltall, sondern bewegen sich. Und dort wo sich etwas bewegt, kommt es zu Zusammenstößen. Wenn zwei Galaxien kollidieren, dann stößt dort aber eigentlich so gut wie nie etwas physisch zusammen. Zwischen den Sternen ist so viel Platz, dass sich die Galaxien regelrecht durchdringen. Natürlich wirken weiterhin die Gravitationskräfte und die Galaxien werden verformt und verschmelzen irgendwann miteinander. Beim Zusammenstoß zweier Galaxien gibt es nur eine einzige echte Kollision: Nämlich dann, wenn die beiden supermassereichen schwarzen Löcher irgendwann aufeinander treffen. Wenn sie kollidieren, können interessante Sachen passieren.

Was genau passiert, beschreibt die allgemeine Relativitätstheorie von Albert Einstein. Die ist manchmal ein klein wenig kompliziert und was passiert, wenn zwei supermassereiche schwarze Löcher zusammenstoßen, weiß man daher erst seit Kurzem.

Einsteins Theorie sagt die Existenz von Gravitationswellen vorher. Das ist schon länger bekannt. Bei der Kollision zweier supermassereicher schwarzer Löcher entstehen solche Wellen auch. Je nach den Eigenschaften der beteiligten Löcher werden diese Wellen allerdings nicht in alle Richtungen gleichmäßig abgestrahlt. Diese asymmetrischen Gravitationswellen wirken nun wie eine Art Rückstoßantrieb und können das aus der Verschmelzung entstandene schwarze Loch beschleunigen. Teilweise auf enorm hohe Geschwindigkeiten; so schnell, dass es aus der Galaxie geworfen wird.

Im direkten Experiment wurden Gravitationswellen noch nicht nachgewiesen. Indirekte Beobachtungen gab es aber schon; zum Beispiel bei Doppelpulsaren. Nun hat man vielleicht auch den Effekt der asymmetrischen Gravitationswellen beobachtet. Die Galaxie CID-42 scheint gerade ihr schwarzes Loch ausgeworfen zu haben.

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Die Galaxie CID-42 in verschiedenen Wellenlängen (Bild: X-ray: NASA/CXC/SAO/F.Civano et al; Optical: NASA/STScI; Optical (wide field): CFHT, NASA/STScI)

CID-42 wird von den Astronomen schon länger beobachtet. Es handelt sich um einen “Merger”, also eine Galaxie, die durch die Verschmelzung zweier andere Galaxien entstanden ist. Im Zentrum konnten die Forscher zwei helle Lichtquellen beobachten. Auch ein schwarzes Loch ist hell; seine Umgebung zumindest ist. Denn viele schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind von einer Scheibe aus Gas und Staub umgeben. Während das Material auf das schwarze Loch fällt, rotiert es mit hoher Geschwindigkeit um das Loch herum und gibt dabei Strahlung ab, die man beobachten kann. Es handelt sich dabei vor allem um Röntgenstrahlung und genau die hat man auch im Zentrum von CID-42 beobachtet. Die Auflösung des Röntgenteleskops war aber zu gering, um feststellen zu können, von welcher der beiden Lichtquellen sie stammt beziehungsweise ob beide Quellen auch Röntgenlicht abgeben. Aus spektroskopischen Messungen wusste man außerdem, dass sich beide Quellen mit knapp 5 Millionen Kilometer pro Stunde voneinander entfernen. Irgendwas interessantes schien hier im Zentrum von CID-42 zu passieren.

Jetzt hat das Weltraum-Röntgenteleskop Chandra sich die Sache mal genauer angesehen. Mit seiner hochauflösenden Kamera konnte es sehen, dass die Röntgenstrahlung tatsächlich nur von einer der beiden Quellen stammte. Die Wissenschaftler gehen also davon aus, dass hier genau das zu sehen ist, was die allgemeine Relativitätstheorie für so einen Fall vorhergesagt hat: Zwei supermassereiche schwarze Löcher sind verschmolzen und die asymmetrischen Gravitationswellen haben ihm einen gewaltigen Schubs versetzt. Jetzt saust es mit enormer Geschwindigkeit aus der Galaxie und lässt einen dichten Sternhaufen zurück (die zweite helle Lichtquelle).

Es wären auch andere Erklärungen denkbar. Vielleicht gab es drei schwarze Löcher (oft verschmelzen auch mehr als zwei Galaxien). Wenn dann ein Paar einander umkreisende schwarze Löcher auf ein drittes trifft, dann wird eines verschluckt und das andere fliegt davon – wie ein Hammer der vom Hammerwerfer plötzlich losgelassen wird. Vielleicht sind es aber auch nur zwei schwarze Löcher die einander umkreisen und noch nicht verschmolzen sind und bei denen die Messung nur den Anschein erweckt, sie würden sich voneinander entfernen. Diese Alternativen haben allerdings ein Problem: Man sieht nur eine Röntgenquelle. Wenn da wirklich noch andere schwarze Löcher sind, dann müsste deren Röntgenstrahlung irgendwie blockiert werden.

Es ist also am Wahrscheinlichsten, dass wir hier wirklich ein schwarzes Loch sehen, dass aus seiner Galaxie geworfen wurde und sich nun auf den Weg in den leeren intergalaktischen Raum macht. Wie genau sich so etwas auf die restliche Galaxie auswirkt, ist noch nicht im Detail untersucht worden. Fälle wie CID-42 sind relativ selten und es ist nicht damit zu rechnen, dass da draußen sehr viele Galaxien sind, die ihre schwarzen Löcher ausgeworfen haben. Es braucht – wie immer – mehr Daten.

Übrigens. Bevor jemand auf die Idee kommt, vor diesen schwarzen Löchern die durchs All sausen Angst zu kriegen: Dazu besteht kein Anlass. Einmal, weil solche Auswürfe nicht so oft vorkommen. Und einmal, weil sich ein schwarzes Loch mit ein paar Millionen Sonnenmassen schon ein paar Jahrtausende vorher ankündigen würde – selbst wenn man es nicht sieht. Seine Gravitationskraft würde ausreichen, um die Bahnen der Sterne zu verändern. Wir wüssten Bescheid, wenn sich so etwas in unserer Nähe herumtreiben würde…

Kommentare (20)

  1. #1 smoe
    5. Juni 2012

    Ich stelle mir so ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum von Galaxien immer wie eine Art Radnabe vor, welches durch die hohe Masse zum Zusammenhalt der Galaxie (zumindest des inneren Teils) beiträgt.

    Wenn so ein SL jetzt aus der Galaxie geschleudert wird, dann wir die doch “innen leichter”. Müssten dann nicht die Sterne des Bulge viel weitere Bahnen annehmen? Auch müssten diese sich doch verändern, woher kreisten sie um das SL, jetzt um den gemeinsamen Schwerpunkt (welcher aber bei rel. homogenen Bulges wohl dort ist, wo vorher das SL war, vermute ich).

    Also: gibt es Überlegungen zur langfristigen Entwicklung von Galaxien ohne smSL im Zentrum?

    Außerdem: nimmt das heraus geschleuderte SL eigentlich eine Bahn zur Galaxie ein oder reicht die Geschwindigkeit zur vollständigen Flucht?

    fragt Laie Smoe 🙂

  2. #2 Schmidts Katze
    5. Juni 2012

    “Zwei supermassereiche schwarze Löcher sind verschmolzen und die asymmetrischen Gravitationswellen haben ihm einen gewaltigen Schubs versetzt.”

    Was wird denn da aus der Impulserhaltung?
    Da muss doch irgendwas in die Gegenrichtung beschleunigt werden.

  3. #3 Physiker
    5. Juni 2012

    @Schmidts Katze:
    Gravitationswellen haben auch einen Impuls.

  4. #4 MartinB
    5. Juni 2012

    @Schmidts Katze
    Die Gravitationswellen tragen selbst auch Impuls (genau wie Lichtwellen).

  5. #5 Moss the TeXie
    5. Juni 2012

    @Schmidts Katze: Na, steht doch da: Gravitationsenergie!

  6. #6 CM
    5. Juni 2012

    Wieso ist der “Röntgenfleck” eigentlich so groß? Ist das eine Konsequenz niedriger Auflösung? Andererseits erkennt man etwas Struktur …

  7. #7 Schmidts Katze
    5. Juni 2012

    OK, danke.

  8. #8 Florian Freistetter
    5. Juni 2012

    @smoe: “nimmt das heraus geschleuderte SL eigentlich eine Bahn zur Galaxie ein oder reicht die Geschwindigkeit zur vollständigen Flucht? fragt Laie Smoe 🙂 “

    Das hängt von den Gegebenheiten hat; u.a. davon, wie schnell die SLs rotieren und wie groß der Massenunterschied zwischen ihnen ist.

  9. #9 Grüse
    5. Juni 2012

    Wie smoe würde ich auch gerne wissen, was wohl mit dem Rest der Galaxie passiert, sie ist ja mit dem Verlust des SL ihres massereichsten Objektes beraubt. Stelle ich mir das richtig vor, dass dann “Vagabundensterne” ausreißen und sich in die Leere des Alls verabschieden?

  10. #10 Florian Freistetter
    5. Juni 2012

    @Grüse: “Wie smoe würde ich auch gerne wissen, was wohl mit dem Rest der Galaxie passiert,”

    Ich habs im Artikel ja beschrieben: Man weiß es noch nicht wirklich. Ein schwarzes Loch ist für den Zusammenhalt aber nicht zwingend nötig. Es gibt ja auch Kugelsternhaufen und Zwerggalaxien ohne zentrales SL. Aber natürlich würde es die Galaxie bei seinem Weg nach draußen ordentlich durchrütteln.

  11. #11 Alderamin
    5. Juni 2012

    @Grüse, Smoe

    Auch ein supermassives Schwarzes Loch ist immer noch ein Leichtgewicht gegen seine Mutter-Galaxie. Das SMSL im Zentrum der Milchstraße hat ca. 4,3 Millionen Sonnenmassen, die Milchstraße selbst 180 Milliarden Sonnenmassen, also das mehr als 40-tausend-fache. Das hält die Galaxis nicht wirklich zusammen.

    Bei anderen Galaxien ist das nicht viel anders, weil es offenbar ein festes Massenverhältnis zwischen der Masse des zentralen Schwarzen Lochs und dem Kernbereich (“Bulge”) von Spiralgalaxien (bzw. der gesamten Galaxie bei elliptischen Galaxien) zu geben scheint, welches man sich noch nicht so recht erklären kann.

  12. #12 Edith
    5. Juni 2012

    Falls so ein schwarzes Loch sich endgültig von seiner ursprünglichen Galaxie entfernt, “sammelt” es dann wieder Sterne, bildet also eine neue Galaxie?
    (Vielleicht steht das ja auch im “Krawumm”, aber ich bin noch nicht so weit…)

  13. #13 Alderamin
    5. Juni 2012

    @Edith

    Nein. Schwarze Löcher bilden keine Sterne. Supermassive Schwarze Löcher entstehen irgendwie als Abfallprodukt bei der Galaxienbildung.

  14. #14 Gustav
    6. Juni 2012

    Ich glauben die Frage von Edith (glaub ich zumindestens ;-)) war eher so gemeint, ob das SL auf den Weg durch die Galaxie nach “draussen” Sterne, Gas einsammelt und an sich bindet und so etwas wie eine Zwerggalaxie bildet.

    “Und einmal, weil sich ein schwarzes Loch mit ein paar Millionen Sonnenmassen schon ein paar Jahrtausende vorher ankündigen würde”

    Wohl ein paar Millionen Jahre. Messier 110 (Begleitgalaxie der Andromeda) wird auf 3 bis 15 Millionen Sonnenmassen geschätzt, liegt also bei konservativer Einschätzung im Massebereich des Zentralen-SL. Und wäre solch ein Objekt in einer typischer Entfernung einer Begleitgalaxie, zb 25.000 LJ (Beispiel Canis-Major-Zwerggalaxie) von uns entfernt und hätte dabei doch eine Geschwindigkeit vergleichbar mit den im Artikel beschrieben SL (~ 1500 km/s), dann wäre dieses Objekt, selbst bei dirketen weg, wirklich, wirklich lang unterwegs. Aber wir könnten schon jetzt ihren gravitativen Einfluß bemerken (wahrscheinlich würde man komische Ausbuchtungen der Arme der Milhstraße erkennen).

  15. #15 Gustav
    6. Juni 2012

    @Alderamin: “Nein. Schwarze Löcher bilden keine Sterne. Supermassive Schwarze Löcher entstehen irgendwie als Abfallprodukt bei der Galaxienbildung.”

    Interessant ist aber auch, dass noch bei keiner von den dark galaxies, also den galaxien mit nur sehr wenig Sternen, ein zentrales SL gefunden wurde. Ich bin zu wenig fit bei dem Thema, um daraus den Schluß zu ziehen, dass ein zentrales SL notwendig ist, dass eine Galaxie auch Sterne (in hoher Zahl) ausbildet.

  16. #16 Edith
    6. Juni 2012

    @ Alderamin & Gustav
    Danke. Ja, eigentlich habe ich es so gemeint, wie Gustav es gesehen hat. Aber die Aussage, dass so ein schwarzes Loch quasi als Abfallprodukt bei der Galaxienbildung entsteht, beantwortet meine Frage zum Teil auch. Eigentlich wollte ich wissen, was mit so einem SL passiert, das nicht mehr zurück kehrt. Driftet das bis ans Ende seiner Tage alleine durchs Universum?

  17. #17 Alderamin
    6. Juni 2012

    Edith·
    06.06.12 · 20:14 Uhr

    Eigentlich wollte ich wissen, was mit so einem SL passiert, das nicht mehr zurück kehrt. Driftet das bis ans Ende seiner Tage alleine durchs Universum?

    Wenn seine Geschwindigkeit höher als die Fluchtgeschwindigkeit seiner Galaxie ist, dann verlässt es die Galaxie und entschwindet in die Ferne des Raums. Anonsten umkreist es den Schwerpunkt der Galaxie auf einer langgezogenen Bahn.

    Zum Thema Sterne einsammeln: Das Einfangen von Objekten ist eine komplizierte Sache, auch bei Schwarzen Löchern. Deren Schwerkraft unterscheidet sich in größerer Entfernung in nichts von der Schwerkraft einer entsprechenden Masse von Sternen; nur in unmittelbarer Nähe (ein paar astronomische Einheiten bei einem Supermassiven Schwarzen Loch) wird sie sehr groß. Der Abstand zwischen den Sternen einer Galaxie ist aber so gewaltig, dass es so gut wie ausgeschlossen ist, dass ein Stern dem Schwarzen Loch so nahe kommt.

    Wenn ein Objekt sich aus großer Entfernung dem Schwarzen Loch nähert, ohne frontal darauf zu zu fliegen, wird der Stern schneller (er fällt auf das Schwarze Loch zu) und gewinnt genau so viel Schwung, der nötig ist, nach dem Vorbeiflug wieder zu entkommen und am Ende mit der ursprünglichen Geschwindigkeit weiter zu fliegen.

    Aufgrund der Drehimpulserhaltung muss der Stern aber einen Bogen um das Schwarze Loch herum fliegen. Nur wenn er sich dem Schwarzen Loch dabei extrem nähert (was, wie gesagt, sehr unwahrscheinlich ist), würde es ihn zerreissen, ansonsten würde er einfach auf einer abgelenkten Bahn an dem Schwarzen Loch vorbeifallen. Im Zusammenspiel mit der Schwerkraft der Muttergalaxie kann der Stern dabei unter Umständen etwas mehr Energie als vorher erhalten und so eine weitere Bahn erhalten oder gar aus der Galaxie heraus katapultiert werden. Oder er kann Energie verlieren und auf eine Ellipsenbahn um die Galaxie abgelenkt werden. Und wenn alles genau passt, kann er unter Umständen auch auf eine Bahn um das Schwarze Loch geraten, aber dafür müssen Anflugwinkel und Geschwindigkeit schon sehr genau passen, das wird selten der Fall sein.

    Es ist eben nicht so, dass Schwarze Löcher wie Staubsauger alles zu sich hinziehen und Aufsaugen. Die Drehimpulserhaltung verhindert das, wenn man nicht zufällig genau auf das Zentrum des Schwarzen Lochs zu fliegt – nur dann ist der Drehimpuls auf der Flugbahn nämlich 0. Verfehlt man das Zentrum auch nur um eine kleine Strecke, dann hat man einen Drehimpuls, und den wird man nur los, wenn man ihn an jemanden anderen (z.B. an die Muttergalaxie oder einen Begleitstern) abgeben kann.

    Daher sammeln Schwarze Löcher keine Sterne ein. Sie wirbeln sie nur ein bisschen durcheinander.

  18. #18 Edith
    6. Juni 2012

    @Alderamin: vielen Dank für die ausführliche Antwort. Ich hatte da wohl die Schwerkraft von schwarzen Löchern massiv überschätzt.

  19. #19 Wurgl
    6. Juni 2012

    @Edith: Du hast vielleicht auch am Sonntag Star Trek gesehen, der Blödsinn mit der Roten Materie, wo recht spät am Ende aus dem anderen Raumschiff eine Singularität (was wohl nichts anderes als ein Schwarzes Loch sein soll) wird. Das ist von vorne bis hinten Blödsinn. Vor allem deshalb Blödsinn, weil aus diesem Raumschiff aus Gründen, die wohl nur der Regisseur kennt, ein Gravitationsmonster wird das die Enterprise festhält. Ein kurze Rechnung ergibt für die Anziehung der beiden Schiffe (wobei es schnuppe ist, ob das eine Schiff jetzt zur Schwarzen Loch wurde oder nicht) eine Anziehungskraft im Bereich von deutlich unter Mikrogramm, also ziemlich genau Null. (Der andere Blödsinn ist der Kollabs des gegnerischen Raumschiffs, das würde auch nicht reingesogen werden). Alles nur Effekthascherei, hat nichts mit Realität zu tun.

  20. #20 Edith
    7. Juni 2012

    @Wurgel: Nein, habe ich nicht gesehen, ich hab keinen Fernseher. Trotzdem danke für Deine Ausführungen. Und es bestätigt mich wieder mal in meiner Meinung, dass ich ohne Fernseher kaum was verpasse… 🙂
    Ich fand Astronomie schon immer interessant und spannend, habe mich aber nie wirklich damit beschäftigt. Jetzt, wo ich anfange das zu tun, merke ich, dass das bisschen “Wissen”, das ich schon hatte, woher auch immer, sehr fragmentarisch und zum Teil auch falsch ist. Das führt dann halt zu so seltsamen Annahmen, dass z.B. schwarze Löcher Monster sind, die weitherum alles in ihre Gewalt bringen und es sich wenn möglich einverleiben… Dank der Aufklärung die ich hier bekomme, bessert es aber…