Video - Astronomen beobachten in Echtzeit das Erwachen eines massiven Schwarzen Lochs

Ende 2019 begann die bisher unauffällige Galaxie SDSS1335+0728 plötzlich heller zu leuchten als je zuvor. Um zu verstehen warum, nutzten Astronomen Daten von mehreren Raum- und erdgebundenen Observatorien, darunter das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte, um die Helligkeitsschwankungen der Galaxie zu verfolgen. In einer heute veröffentlichten Studie kommen sie zu dem Schluss, dass sie Veränderungen beobachten, die noch nie zuvor in einer Galaxie gesehen wurden, wahrscheinlich aufgrund des plötzlichen Erwachens des massiven Schwarzen Lochs in ihrem Zentrum.


"Stellen Sie sich vor, Sie beobachten eine ferne Galaxie seit Jahren und sie erschien Ihnen immer ruhig und inaktiv", erklärt Paula Sánchez Sáez, Astronomin bei der ESO in Deutschland und Hauptautorin der Studie, die in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde. "Plötzlich beginnt ihr Kern spektakuläre Helligkeitsänderungen zu zeigen, die sich von allen typischen Ereignissen unterscheiden, die wir zuvor gesehen haben".

Das ist bei SDSS1335+0728 passiert, die nun als "aktiver galaktischer Kern" (AGN) - eine kompakte und leuchtende Region, die durch ein massives Schwarzes Loch angetrieben wird - eingestuft wird, nachdem sie im Dezember 2019 spektakulär aufleuchtete (1).

Einige Phänomene wie Supernova-Explosionen oder Gezeitenstörungen - wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt und zerrissen wird - können das plötzliche Aufleuchten von Galaxien verursachen. Aber diese Helligkeitsschwankungen dauern normalerweise nur einige Dutzend oder höchstens einige hundert Tage. SDSS1335+0728 leuchtet heute, mehr als vier Jahre nach dem ersten "Aufleuchten", immer noch.

Zudem ähneln die in der Galaxie, die sich in der 300 Millionen Lichtjahre entfernten Konstellation Jungfrau befindet, beobachteten Schwankungen keiner bisher gesehenen. Dies deutet auf eine andere Erklärung hin.

Das Team versuchte, diese Helligkeitsschwankungen zu verstehen, indem es Archivdaten und neue Beobachtungen von mehreren Anlagen, darunter das Instrument X-shooter des VLT der ESO in der chilenischen Atacama-Wüste, kombinierte (2). Beim Vergleich der Daten vor und nach Dezember 2019 stellten sie fest, dass SDSS1335+0728 nun viel mehr Licht im ultravioletten, optischen und infraroten Wellenlängenbereich abstrahlt. Die Galaxie begann auch im Februar 2024 Röntgenstrahlen auszusenden. "Dieses Verhalten ist beispiellos", sagt Paula Sánchez Sáez, die auch dem Millennium Institute of Astrophysics (MAS) in Chile angehört.


"Die greifbarste Erklärung für dieses Phänomen ist, dass wir sehen, wie der [Kern] der Galaxie beginnt, (...) Aktivitäten zu zeigen", erklärt Lorena Hernández García vom MAS und der Universität Valparaíso in Chile, Co-Autorin der Studie. "Wenn dem so ist, wäre dies das erste Mal, dass wir das Aktivieren eines massiven Schwarzen Lochs in Echtzeit sehen".

Massive Schwarze Löcher - deren Masse mehr als hunderttausend Mal größer ist als die unserer Sonne - existieren im Zentrum der meisten Galaxien, einschließlich unserer Milchstraße. "Diese riesigen Monster sind normalerweise inaktiv und nicht direkt sichtbar", erklärt Claudio Ricci von der Universität Diego Portales, ebenfalls in Chile. "Im Fall von SDSS1335+0728 konnten wir beobachten, wie das massive Schwarze Loch erwacht ist und plötzlich begann, das verfügbare Gas in seiner Umgebung zu verschlingen und so sehr hell wurde".

"Dieser Prozess (...) wurde noch nie zuvor beobachtet", sagt Lorena Hernández García. Frühere Studien hatten berichtet, dass inaktive Galaxien nach mehreren Jahren aktiv wurden, aber es ist das erste Mal, dass der Prozess selbst - das Erwachen des Schwarzen Lochs - in Echtzeit beobachtet wird. Claudio Ricci, der auch dem Kavli-Institut für Astronomie und Astrophysik an der Universität Peking in China angehört, fügt hinzu: "Dies könnte auch bei unserem eigenen Sgr A*, dem massiven Schwarzen Loch (...) im Zentrum unserer Galaxie, passieren", aber es ist unklar, wie wahrscheinlich dies ist.

Zusätzliche Beobachtungen sind noch erforderlich, um andere Erklärungen auszuschließen. Es könnte auch sein, dass wir eine ungewöhnlich langsame Gezeitenstörung oder ein neues Phänomen beobachten. Wenn es sich um eine Gezeitenstörung handelt, wäre es das langlebigste und schwächste jemals beobachtete Ereignis. "Unabhängig von der Natur der Schwankungen liefert [diese Galaxie] wertvolle Informationen darüber, wie Schwarze Löcher wachsen und sich entwickeln", erklärt Paola Sánchez Sáez. "Wir hoffen, dass Instrumente wie [MUSE am VLT oder die des zukünftigen Extremely Large Telescope (ELT)] entscheidend dafür sein werden, [zu verstehen, warum die Galaxie leuchtet]".

Hinweise:

(1) Die ungewöhnlichen Helligkeitsschwankungen der Galaxie SDSS1335+0728 wurden vom Zwicky Transient Facility (ZTF)-Teleskop in den USA entdeckt. Das chilenische Team Automatic Learning for Rapid Event Classification (ALeRCE) klassifizierte SDSS1335+0728 dann als aktiven Galaxienkern.

(2) Das Team sammelte Archivdaten von WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) und GALEX (Galaxy Evolution Explorer) der NASA, der Two Micron All Sky Survey (2MASS), dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS) und dem eROSITA-Instrument auf dem Weltraumobservatorium Spektr-RG des IKI und des DLR. Neben dem VLT der ESO wurden zusätzliche Beobachtungen mit dem Southern Astrophysical Research Telescope (SOAR), dem W. M. Keck Observatory und dem Neil Gehrels Swift Observatory sowie dem Chandra X-ray Observatory der NASA durchgeführt.