Neun schwarze Löcher kannte man schon. 26 sind nun neu entdeckt worden. Insgesamt kennt man jetzt 35 schwarze Löcher in unserer Nachbargalaxie. Das große, supermassereiche schwarze Loch im Zentrum von Andromeda zählt nicht dazu; es geht hier um kleine, stellare schwarze Löcher, die nur fünf bis zehn Mal so schwer sind wie unsere Sonne.
Nach schwarzen Löchern zu suchen ist natürlich immer schwierig. Schwarze Löcher geben kein Licht ab, sonst wären sie ja nicht schwarz. Aber man kann sie indirekt entdecken. Jedesmal, wenn Materie auf das schwarze Loch fällt, dann interagiert sie mit seinem Magnetfeld und gibt dabei Strahlung ab. Das meiste davon ist starke Röntgenstrahlung und mit einem Röntgenteleskop kann man sie dann sehen.
Damit das klappt, muss natürlich erst mal Material da sein, dass aufs Loch fallen kann. Denn ein schwarzes Loch ist kein Staubsauger, das irgendwas von irgendwoher “ansaugt”. Es kann nur das Material aufnehmen, dass sich in seiner Nähe befindet. Das passiert in engen Doppelsternsystemen. Wenn dort ein Stern sehr groß und schwer ist und der andere nicht, dann wird der schwere Stern zuerst sterben und zu einem schwarzen Loch werden. Der leichtere Stern lebt länger und wenn er sich dann am Ende seines Lebens aufbläht, kann Material aus seiner Atmosphäre zum schwarzen Loch gelangen.
Das Röntgenteleskop Chandra der NASA hat 13 Jahre lang die Andromedagalaxie beobachtet und dabei 150 Aufnahmen gemacht. Dabei haben die Wissenschaftler Bilder der gleichen Region zu verschiedenen Zeitpunkten verglichen um zu sehen, ob irgendwo ein Ausbruch an Röntgenstrahlung stattfindet. Das sieht dann zum Beispiel so aus:
Oben sieht man die Bilder von Chandra, aufgenommen im Röntgenlicht. Das linke zeigt jede Menge Röntgenstrahlung, das rechte, das sechs Monate später aufgenommen wurde, zeigt keine mehr. Die Bilder unten zeigen das Zentrum der oben abgebildeten Region, wurden aber mit dem Hubble-Weltraumteleskop im normalen, sichtbaren Licht aufgenommen.
Nach solchen Ereignissen haben Robin Barnard vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und seine Kollegen gesucht (“Chandra identification of 26 new black hole candidates in the central region of M31”). Hat man eines gefunden, folgt daraus aber noch nicht, dass es auch tatsächlich ein schwarzes Loch ist. Auch Neutronensterne können solche Röntgenausbrüche haben und die aktiven supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren sehr ferner Galaxien, die hinter Andromeda liegen können ebenfalls so aussehen, wie stellare schwarze Löcher in der Andromeda. Barnard und seine Kollegen haben 531 Röntgenquellen gefunden und mussten erst herausfinden, welche davon aus welchen Quellen stammen.
Man musste zum Beispiel ganz genau messen, wie viel Röntgenstrahlung bei bestimmten Energien abgestrahlt wird. Ein schwarzes Loch kann bei bestimmten Energien mehr Strahlung abgeben als ein Neutronenstern. Und man muss außerdem beobachten wie schnell sich die Menge an Röntgenstrahlung ändert. Ein großes supermassereiches schwarzes Loch variiert langsamer als ein kleines stellares schwarzes Loch. Am Ende blieben 35 schwarze Löcher in Andromeda übrig:
Von der klassischen Andromeda ist hier nicht viel zu sehen; es ist ein reines Röntgenbild, das nur die gefundenen schwarzen Löcher zeigt. Andromeda selbst sieht so aus und das rote Rechteck zeigt wo die Röntgenaufnahme gemacht wurde:
Acht der schwarzen Löcher befinden sich in großen Kugelsternhaufen in den äußeren Bereichen von Andromeda. Solche Kugelsternhaufen gibt es auch in und um die Milchstraße, aber dort haben wir noch keine schwarzen Löchern gefunden. Wir haben in unserer eigenen Galaxie überhaupt viel weniger Löcher entdeckt als in Andromeda. Aber die ist ja auch größer als wir, also ist es nicht verwunderlich, dass man dort mehr findet.
Besonders begeistert waren die Wissenschaftler von den gleich sieben schwarzen Löchern, die in der Nähe des Zentrums der Andromeda gefunden wurden; nicht mehr als 1000 Lichtjahre entfernt (im blauen Kreis im Röntgenbild). Auch das war zu erwarten: Der Kern von Andromeda ist größer als der in der Milchstraße und es können dort mehr große Sterne entstehen, die zu schwarzen Löchern werden. Aber Barnard und seine Kollegen vermuten auch noch einen anderen Ursprung für die Röntgenausbrüche. Schwarze Löcher könnten sich in der dicht mit Sternen bevölkerten Kernregion einfach einen Partner eingefangen haben! In den äußeren Bereichen einer Galaxie kommt so etwas nicht vor. Dafür ist einfach zu viel Platz zwischen den Sternen. Ein schwarzes Loch, dass alleine ist, bleibt auch alleine und wir können nur die sehen, die schon immer Teil eines Doppelsternsystems waren. In der Kernregion ist die Sterndichte aber viel höher. Hier kann ein schwarzes Loch, dass alleine entstanden ist, sich später einen Stern einfangen und auffressen. Durch diese “dynamical formation” ist in den zentralen Regionen schwerer Galaxie mit mehr von schwarzen Löchern verursachten Röntgenausbrüchen zu rechnen als man eigentlich erwarten würde. Und die Beobachtungen in der Andromeda bestätigen genau dieses Szenario.
“Wir denken, es ist erst die Spitze des Eisbergs”, meint Robin Barnard. Es wird noch jede Menge schwarze Löcher zu entdecken geben…
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