Schwarze Löcher! Gibt es noch ein anderes Himmelsobjekt das so vorhersagbar und so massiv die Faszination der Menschen weckt? Diese Dinger beschäftigen Wissenschaftler und Öffentlichkeit gleichermaßen intensiv und wenn erstere etwas neues entdecken können sie sich der Aufmerksamkeit zweiterer sicher sein. Aktuell macht das “am schnellsten wachsende schwarze Loch” Schlagzeilen; ein “hungriges Monster”, das australische Astronomen entdeckt haben. Darüber, wie viel Masse es in sich hinein stopft (alle 2 Tage das Äquivalent unserer Sonne), wie gefährlich es ist (wäre es in unserer Milchstraße wäre die beim Fressen abgegebene hochenergetische Strahlung selbst für die weit entfernte Erde massiv schädlich) und wie hell es ist (zehnmal heller als der Vollmond, befände es sich im Zentrum unserer Milchstraße) kann man in all diesen Artikel alles wissenswerte lesen. Ich hab mir daher gedacht, ich schreibe etwas anderes darüber. Ich will über das schreiben, was die Wissenschaftler in ihrem Fachartikel veröffentlicht haben (dort steht nichts von all dem, was ich gerade erzählt habe) und nicht von dem, was sie in Pressemitteilungen verkündet haben (alles, was man in den normalen Medienartikeln lesen kann).

Künstlerische Darstellung eines Quasars ("Bild: ESO/L. Calçada)

Künstlerische Darstellung eines Quasars (“Bild: ESO/L. Calçada)

Die Arbeit von Christian Wolf von der Australian National University in Canberra und seinen Kollegen heißt “Discovery of the most ultra-luminous QSO using Gaia, SkyMapper and WISE” und beschäftigt sich mit einer auf den ersten Blick eher unaufregenden Frage. Wie kann man extrem helle Quasare beobachten? Die Frage klingt nicht nur potentiell langweilig, sondern auch seltsam. Wenn diese Dinger sowieso schon extrem hell sind, wie kann es dann schwer sein, sie zu beobachten?

Aber lassen wir diese Frage fürs erste mal offen und schauen uns an, was ein Quasar eigentlich ist. Das hab ich schon oft erklärt (unter anderem hier), aber ich tue es gern noch einmal: Im Zentrum jeder großen Galaxie befindet sich ein supermassereiches schwarzes Loch. Wie der Name schon sagt, haben diese schwarzen Löcher super viel Masse. Einige Millionen mal mehr als unsere Sonne; teilweise bis zu einigen Milliarden Sonnenmassen. Das ist deutlich mehr als die “normalen” stellaren schwarzen Löcher, die entstehen wenn ein großer Stern am Ende seines Lebens unter seinem eigenen Gewicht kollabiert.

Normalerweise sind schwarze Löcher schwarz, d.h. sie geben keine Strahlung ab und man kann sie nicht sehen. Aber die Umgebung schwarzer Löcher kann enorm hell leuchten. Nämlich dann, wenn sich dort Material befindet, das gerade dabei ist, in das schwarze Loch zu fallen. Während es das tut, wird es enorm stark beschleunigt, enorm stark aufgeheizt und dabei gibt es Strahlung ab. Unter anderem sehr viel Radiostrahlung, weswegen man sie mit Radioteleskopen beobachten kann. Diese extrem starken Radioquellen (d.h. die supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien) nennt man “Quasare”.

Eine Frage, die sich hier sofort stellt ist die nach ihrer Entstehung. Wie kriegt man ein schwarzes Loch mit so enormer Masse? Die Antwort darauf ist simpel: Wir wissen es nicht. Es gibt ein paar Hypothesen, aber wir haben bis jetzt noch keine davon definitiv bestätigt. Sie könnten zum Beispiel als normales Loch begonnen und dann aus irgendwelchen Gründen sehr lange, sehr stark und sehr schnell gewachsen sein. Oder aber vielleicht sind sie aus mehreren schwarzen Löchern entstanden, die größer waren als normal. Wie gesagt: Wir wissen es nicht. Aber wir würden es gerne herausfinden. Und genau deswegen muss man die extrem hellen Quasare beobachten. Denn das ist die einzige Möglichkeit, Informationen über die supermassereichen schwarzen Löcher zu erhalten. Es gibt auch schwarze Löcher, aus deren Umgebung keine Strahlung kommt. Aber die können wir halt nicht sehen. Deswegen brauchen wir die, in deren Umgebung noch Material vorhanden ist, das leuchten kann. Diese Löcher finden wir in der Vergangenheit. Denn als die Löcher und die Galaxien noch jung waren, gab es da jede Menge Material, das hineinfallen konnte. In den älteren Galaxien (so wie unserer Milchstraße) ist kaum noch Material weswegen unser zentrales schwarzes Loch auch kein heller Quasar mehr ist. Der Blick in die Vergangenheit ist auch deswegen praktisch, weil wir ja wissen wollen, wie die Dinger entstanden sind, und das ist einfacher, je weiter wir zurück blicken.

Zumindest theoretisch einfach. In der Praxis ist es schwierig und damit wären wir wieder bei der Frage vom Anfang. Wieso sind extrem helle Quasare schwer zu beobachten? Weil auch jede Menge andere Zeug im Universum extrem hell leuchtet! Christian Wolf und seine Kollegen beschreiben in ihrer Arbeit genau dieses Problem. Man kann nicht einfach irgendwie zum Himmel schauen. Beziehungsweise kann man das natürlich schon. Aber dann sieht man halt nur jede Menge Lichtpunkte und hat keine Ahnung, was davon ein naher Stern und was ein ferner Quasar ist. Das geht nur durch eine detaillierte Beobachtung und die kosten Zeit und Geld. Das für jeden der unzähligen Lichtpunkte am Himmel zu machen, ist nicht praktikabel. Deswegen erstellt man Kataloge mit Objekten von denen man denkt, das es sich um Quasare handeln könnte. Bis jetzt hatte man allerdings hier immer das Problem, das nur sehr wenige dieser Kandidaten tatsächlich Quasare waren und sehr viele der Objekte tatsächlich nahe Sterne, die nur auf den ersten Blick so aussehen wie Quasare.

Radiobild eines Quasars (Zentrum) mit Radiowellen-abstrahlenden Regionen links und rechts (Bild: NRAO/AUI, CC-BY 3.0)

Radiobild eines Quasars (Zentrum) mit Radiowellen-abstrahlenden Regionen links und rechts (Bild: NRAO/AUI, CC-BY 3.0)

Dieses Problem ist jetzt gelöst. Denn es gibt GAIA! Dieses vor fünf Jahren gestartete Weltraumteleskop hat nun einen großen Teil seiner Mission erfüllt und genau Daten von mehr als einer Milliarde Sterne geliefert. Damit ist GAIA nicht nur dabei, eine waschechte Revolution in allen Gebieten der Astronomie auszulösen, sondern macht auch die Suche nach Quasaren leichter. Denn GAIA misst auch die Bewegung von Sternen und damit kann man leicht zwischen Stern und Quasar unterscheiden. Ein naher Stern in unserer Milchstraße bewegt sich vergleichsweise schnell. Eine unvorstellbar weit entfernte Galaxie aus unserer Sicht dagegen so gut wie gar nicht. Mit den Daten von GAIA konnten Wolf und seine Kollegen nun die zugemüllten Quasar-Kataloge säubern und auf die Suche nach supermassereichen schwarzen Löcher gehen.

Das, auf das sie sich konzentriert haben, trägt den Namen QSO SMSS~J215728.21-360215.1. Es wurde mit diversen Teleskopen genau unter die Lupe genommen (Hmm – irgendwie ein sehr schiefes Sprachbild…) und nun weiß man, dass das Licht mehr als 12 Milliarden Jahre von dort bis zu uns braucht. Und man weiß, dass es dort jede Menge Licht gibt! J2157-3602 (wie man das Ding nennt, wenn man es ein wenig besser kennt) ist heller als alle bisher bekannten Quasare. Die enorme Helligkeit lässt darauf schließen, dass es auch das schwarze Loch mit der größten bekannten Masse ist. Sollte es sich so verhalten wie die bisherigen Rekordhalter unter der supermassereichen schwarzen Löcher, dann müsste es eine Masse von ungefähr 20 Milliarden Sonnenmassen haben.

Im Gegensatz zu den Pressemitteilungen wollen sich Christian Wolf und seine Kollegen in ihrem Fachartikel darauf aber nicht definitiv festlegen. Sie beschränken sich darauf festzustellen, dass es wichtig ist, auch weiterhin auf die Suche nach solchen extrem hellen Quasaren zu gehen, wenn man herausfinden will, wie supermassereiche schwarze Löcher so supermassereich werden. Und das es weitere Beobachtungen braucht und auch geben wird. Die kürzlich gestartete Taipan-Durchmusterung wird über eine Million Galaxien beobachten und so den bisher komplettesten Katalog supermassereicher schwarzer Löcher liefern. Und dann sehen wir ja, ob das aktuelle “hungrige Monster” auch weiterhin seinen Platz als Rekordhalter behalten kann.

Kommentare (25)

  1. #1 tomtoo
    17. Mai 2018

    @Florian
    “…Damit ist GAIA nicht nur dabei, eine waschechte Astronomie in allen Gebieten der Astronomie auszulösen…”

    Denke da stimmt was nicht.

  2. #2 Florian Freistetter
    17. Mai 2018

    @tomtoo: Danke!

  3. #3 Captain E.
    17. Mai 2018

    @tomtoo:

    “Eine Astronomie ist doppelt – die müssen wir leider abziehen.” 😉

    Ich tippe mal darauf, dass da “Revolution” hätte stehen sollen.

  4. #4 René
    17. Mai 2018

    Spannender Artikel. Es scheint wirklich paradox, wie man extrem helle Objekte am Himmel nicht so schnell als das wahrnehmen was sie eigentlich sind. Könnte man nicht auch einfach für die Unterscheidung naher Stern ferner Quasar die Rotverschiebung messen, da ja weit entfernte Galaxien eine deutliche Rotverschiebung aufweisen, weil sie sich ja sehr schnell von uns entfernen? (naja weil der Raum zwischen uns und der Galaxy größer wird, aber ihr wisst ja was ich meine)
    Ach und noch ne Anmerkung:
    “und nun weiß man, dass das Licht mehr als 12 Milliarden von dort bis zu uns braucht.” Da fehlt wohl ein “Jahre” in dem Satz.

  5. #5 Peter Paul
    17. Mai 2018

    Noch ´ne Frage : Wieso sind eigentlich die Quasare alle extrem weit weg, wieso gibt es denn keine in unserer “Nähe”?

  6. #6 Zhar
    17. Mai 2018

    @Peter Paul
    ist wohl in der flut an informationen etwas untergegangen:
    “Denn als die Löcher und die Galaxien noch jung waren, gab es da jede Menge Material, das hineinfallen konnte. In den älteren Galaxien (so wie unserer Milchstraße) ist kaum noch Material weswegen unser zentrales schwarzes Loch auch kein heller Quasar mehr ist.”
    und in der nähe heißt ja alt und weit weg jung, weil licht ja so frustrierend langsam ist in kosmologischen dimensionen..

  7. #7 Peter Paul
    17. Mai 2018

    @Zhar
    Ich hatte den Satz so verstanden : Ein junges Loch oder eine junge Galaxie ist eine/s, deren eigenes Alter noch gering ist, d.h. von ihrer Entstehung bis zur Aussendung der Strahlung, die wir heute messen, ist noch nicht “viel” Zeit vergangen. Deshalb sind in ihr noch nicht so viele Gaswolken kollabiert und zu Sternen geworden. Deshalb gab es noch jede Menge Material, das in die jungen Löcher hineinfallen konnte.

    Wenn sich nun, im kosmischen Maßstab, zeitlich näher zu uns, neue Galaxien bilden konnten (konnten sie das, oder war die Galaxienbildung kosmisch irgendwann zu Ende?), dann doch bestimmt auch in unserer “Nähe”. Diese Galaxien wären dann heute noch “jung”, und könnten auch aktive Galaxien sein, also Quasare.

  8. #8 Bullet
    17. Mai 2018

    @Peter Paul: oder auch so: Quasare gab es nur in der Jugend des Universums. Irgendwann haben sich die AGNs (Active Galactic Nucleus) beruhigt. Deswegen können wir heute nur das Quasar-Licht sehen, das sehr lange gebraucht hat, hier anzukommen. In einem 10-Mrd-Jahre-Zeitrafferfilm unserers Nachthimmels könnten wir sehen, wie der kosmische Hintergrund (bzw. dessen Strahlungswand) sich von uns aus schnell in alle Richtungern entfernt und immer mehr Galaxien zur Beobachtung freigibt, von denen einige Quasare sind. Und zuerst würden die nahen Quasare “verlöschen”, und dann immer weiter entfernte. Nach den 10 Mrd. Jahren wären wir dann bei der heutigen Situation, in der der kosmische Hintergrund nur noch im Radiobereich sichtbar ist und sehr weit weg ist, und nur in Entfernungen von Milliarden Lichtjahren sind noch aktive Galaxien übrig (bzw. deren Licht kommt jetzt erst an).

    Kurzer Check bei Wiki-EN gibt für den Quasar 3C 273 eine Entfernung von etwa 2.4 Milliarden Lichtjahre an, womit er einer der nächsten ist. (Ich hab aber keine Entfernungs-Top Ten gefunden.)

  9. #9 Bullet
    17. Mai 2018

    nochmal:

    konnten sie das, oder war die Galaxienbildung kosmisch irgendwann zu Ende?

    Die ist zu Ende.

  10. #10 Captain E.
    17. Mai 2018

    @Bullet:

    Das gilt zumindest nach gängiger Vorstellung. Was passieren kann, ist die Verschmelzung von bereits vorhandenen Galaxien zu größeren. Aber auch da sollte die wilde Jugend des Universums weitestgehend vorbei sein. Quasare sind also so etwas von gestern, das glaubt man gar nicht.

  11. #11 Alderamin
    17. Mai 2018

    @René

    Könnte man nicht auch einfach für die Unter‌scheidung naher Stern ferner Qu‌asar die Rotver‌schiebung messen, da ja weit entfernte Ga‌laxien eine deutliche Rot‌verschiebung aufweisen, weil sie sich ja sehr schnell von uns entfernen?

    Ja, könnte man, aber man müsste sie dann eben auch messen. Beim Slo‌an Dig‌ital Sky Sur‌vey (SD‌SS) werden beispielsweise die Ro‌tverschiebungen unzäh‌liger Galaxien gemessen. Man verwendet dazu Metal‌lplatten im Fo‌kus des Tele‌skops, in denen an den Stellen, wo sich Gal‌axien befinden, feine Löcher für Glasfa‌sern gebohrt werden, die man dann in ein Spe‌ktroskop führt. Dazu muss man aber vorher wissen, wo die G‌alaxien sind, und die sind in einer vorher angefertigten Aufn‌ahme sofort erkennbar. Es ist dann nur noch eine Fleiß‌arbeit, ein Spek‌trum zu erhalten.

    Spe‌ktren, die über das ganze Blic‌kfeld genommen werden könnten, sind zu ung‌enau, um exakte Rot‌verschie‌bungen zu messen, die taugen höchstens zur Übe‌rsicht, und bei den schwachen Helligkeit der Qu‌asare hat man dann auch eine Menge Vorde‌rgrundsterne im Bli‌ckfeld, die mit ihren Spe‌ktren alles zud‌ecken würden (daher die Pl‌atten mit den Glas‌fasern beim SD‌SS).

    Und jetzt kommt Ga‌ia und misst die Eige‌nbeweg‌ungen von 1,3 Millia‌rden Obj‌ekten. Außerdem 7 Mil‌lionen Ra‌dialgesch‌windigkeiten anhand eines kleinen Aus‌schnitts des Spek‌trums. Auf diese Weise können die Qu‌asare automatisch erkannt werden.

    Die Dat‌enme‌ngen, die heutige Überwachu‌ngsprog‌ramme aussp‌ucken, können nur noch automatisch ausgewertet werden. Dabei kommt auch K‌I zum Einsatz. Ist ein The‌ma, über das ich demnächst einen Arti‌kel schreiben wollte.

  12. #12 Alderamin
    17. Mai 2018

    @Bullet, Peter Paul, Captain E.

    Galaxien entstehen heute nicht mehr, aber die supermassereichen Schwarzen Löcher sind natürlich noch da und bei einigen Galaxien wie M87 grummeln sie auch noch vor sich hin und senden Jets aus. Wenn eines davon mal einen Stern verschlucken sollte, kann es auch noch einmal aufflackern. Der stetige massive Einfall von frischem Gas aus den Filamenten des kosmischen Netzes wie damals bei der Galaxienentstehung findet heute aber nirgends mehr statt. Selbst wenn Galaxien kollidieren und supermassereiche Schwarze Löcher als Folge irgendwann verschmelzen sollten, ist das nur ein kurzfristiges Aufflackern, das wir live verfolgen könnten. Nichts von kosmischer Dauer.

    Quasare heißen übrigens Quasare (“quasi-stellar”), weil man die umgebende Galaxie nicht sehen kann. Sie ist zu weit weg und zu lichtschwach gegenüber der punktförmigen Lichtquelle im Zentrum. Galaxien, bei denen man den Kern und die Hülle sieht, heißen “aktive Galaxien” oder “Seyfert-Galaxien” (es gibt auch noch andere Typen, die aber nicht optisch auffällig sind, und eben Quasare und Blazare, wo man die umgebende Galaxie nicht sieht). Die näheren aktiven Galaxien sind automatisch Seyfert-Galaxien, weil ihr Sternenlicht durch die geringere Entfernung weniger abgeschwächt ist.

  13. #13 tomtoo
    18. Mai 2018

    20 Milliarden Sonnenmassen ?! Dagegen ist Sagittarius A* ja ein Winzling. Wie kann sowas sein? Die Milchstrasse ist ja keine kleine Galaxie. Hab schon wieder ein Brainoverflowerror.

  14. #14 Metalgeorge
    18. Mai 2018

    Mir stelt sich die Frage was ist aus all diesen super massereichen Objekten geworden, die anscheinend im jungen Universum entstanden sind.
    Man müsste doch demzufolge in einer Entfernung von sagen wir mal einer Milliarde Lichtjahren dann Objekte finden , die nicht mehr strahlen, weil sie die Materie in der Umgebung bereits geschluckt haben, aber immernoch genauso massereich sind.
    Die Rotationsgeschwindigkeiten von Sonnen um das Zentrum in zentrumsnähe müssten sich dann doch von Galaxien mit “normalen” SLs unterscheiden.

  15. #15 pane
    18. Mai 2018

    Die elliptische Galaxie M87 aus dem Virgohaufen ist etwa 54 Million Lichtjahre von uns entfernt und hat ein Suppermassives Loch von 6,6 Milliarden Sonnenmassen.

    elliptische Galaxien sind allgemein größer als Spiralgalaxien. Laut Wikipedia wird M87 mit einer bis zu 200 fachen Masse unserer Milchstraße geschätzt.

    Auch war M87 vor “kurzem” noch aktiv, was noch vorhandene Jets bezeugen. Die besonders schweren Supermassiven schwarzen Löcher gibt es somit auch in unsere näheren Umgebung und ab und an sind sie auch noch etwas aktiv.

  16. #16 René
    18. Mai 2018

    @Alderamin

    vielen Dank für die Erläuterungen. Es ist also das klassische Problem: Ich sehe den Wald vor lauter Bäumen nicht. 😉

  17. #17 gast-on
    aus dem Land der alten Tante
    18. Mai 2018

    @Peter Paul: Zitat”Wieso sind eigentlich die Quasare alle extrem weit weg, wieso gibt es denn keine in unserer “Nähe”?”
    Vermutlich gibt es deswegen keinen in unserer Nähe, weil, wäre einer in unserer Nähe, wir nicht in seiner Nähe wären, weil es uns nicht gäbe (Strahlung).

  18. #18 gast-on
    Europa
    18. Mai 2018

    Gedanke/Frage:
    Kann man aus der Entwicklung unserer – strahlungsanfälligen – Biologie auf der Erde ableiten, dass wir seit Beginn der Entwicklung reproduzierender Biologie (incl. uns) keinen massiven Quasar-Strahlungsduschen ausgesetzt waren.?

  19. #19 Bullet
    18. Mai 2018

    Ähm … da gäbe es noch eine Einschränkung: diese Strahlungsquellen sind sehr gebündelt. Soll heißen: wenn wir unsere zarten Gesäße nicht gerade genau in der Strahlrichtung des Jets einer aktive Galaxie parken, ist selbst ein Objekt dieser Art in der Entfernung von M31 für uns ungefährlich.

  20. #20 Captain E.
    19. Mai 2018

    @Bullet:

    Dann ist ja gut, dass vor allem die Blazare alle so weit weg sind. Das sind doch Quasare, wo “wir” direkt in den Jet schauen, oder?

  21. #21 helge
    19. Mai 2018

    Die “JAHRE” fehlen immr noch, was sehr störend wirkt:

    “…das Licht mehr als 12 Milliarden von dort bis zu uns braucht…”

  22. #22 bruno
    20. Mai 2018

    “Hellster Quasar des Universums?” – von wieviel Magnituden sprechen wir? Mit blossem Auge (unter perfekten Bedingungen) erkennbar?

  23. #23 Florian Freistetter
    20. Mai 2018

    @bruno: “Mit blossem Auge (unter perfekten Bedingungen) erkennbar?”

    Na wie schwer die Dinger zu beobachten sind, hab ich im Artikel ja erklärt… Im sichtbaren Bereich ist das Ding bei ~18 Magnituden. Ohne großes Teleskop geht da nix…

  24. […] Das am schnellsten wachsende schwarze Loch aka das “hungrige Monster” aka der hellste Quasar des… bei Gaia liefert. Teil 2: Die Revolution […]

  25. #25 Till
    22. Mai 2018

    @Alderamin:

    Ist ein The‌ma, über das ich demnächst einen Arti‌kel schreiben wollte.

    Au ja, Deine Blogartikel waren bisher immer erste Sahne! Erscheint der Artikel hier oder woanders? Falls er woanders erscheint würde ich mich über einen Link hier in den Kommentaren freuen!