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News: Im Tanz verschmolzen

Die Kollision zweier Galaxien ist ein Ereignis wahrhaft kosmischen Ausmaßes. Nun zeigen ein mathematisches Modell und Aufnahmen mit Radioteleskopen, was währenddessen mit den massereichen Schwarzen Löchern im Zentrum der Sternsysteme geschieht.
Jet im Zentrum von NGC 326Laden...
Astronomen gehen davon aus, dass sich im Zentrum jeder Galaxie ein massereiches Schwarzes Loch versteckt – eine Million bis einige Milliarden Mal schwerer als unsere Sonne. Doch was geschieht mit den Schwarzen Löchern, wenn zwei Galaxien miteinander kollidieren und verschmelzen?

Simulationen zeigten, dass die massereichen Objekte mit den Sternen in der Umgebung wechselwirken und so zum gemeinsamen Zentrum der vereinigten Galaxie streben. Haben sie jedoch dieses Ziel erreicht und befinden sich keine Sterne mehr zwischen ihnen, dann hört auch der Mechanismus auf zu wirken, der sie zusammengetrieben hat.

Einige Wissenschaftler spekulierten, dass die Schwarzen Löcher nun vielleicht ein Paar bilden, das sich gegenseitig in einem immerwährenden Tanz umkreist. Andere Astronomen nahmen an, dass die Natur schon irgendeinen Weg findet, die Schwarzen Löcher zusammenzubringen, schließlich gäbe es keine deutlichen Hinweise auf solche Doppel-Systeme. Letztlich gab es jedoch keine Gewissheit darüber, welche Vorstellung richtig ist.

Vielleicht bringt nun ein mathematisches Modell, das David Merrit von der Rutgers University in New Brunswick und Ron Ekers vom Australia Telescope National Facility in Sydney aufstellten, etwas Licht ins Dunkel. Die Wissenschaftler überlegten nämlich, was mit den Drehimpulsen passiert, wenn die Schwarzen Löcher miteinander verschmelzen.

Der Drehimpuls ist in eine so genannte Erhaltungsgröße, das heißt, ein System ist stets bestrebt, die Änderung des Drehimpulses in irgendeiner Weise zu kompensieren. Das lässt sich mit einem einfachen Experiment leicht demonstrieren: Dazu muss sich eine Person auf eine möglichst reibungsarme Scheibe stellen (im Sitzen auf einem Bürostuhl geht es natürlich auch) und die Achse eines sich drehenden Fahrradrades horizontal festhalten. Kippt die Person die Achse des Rades zur Seite, dann beginnt sie sich langsam zu drehen und zwar gerade entgegengesetzt zum Drehsinn des Rades. Die Drehimpulse von Person und Rad entlang der senkrechten Rotationsachse addieren sich also zu Null, dem ursprünglichen Zustand des Systems.

Der Ansatz der Drehimpulserhaltung hilft offensichtlich auch bei Schwarzen Löchern weiter, und so stellten Merrit und Ekers die Bilanz vor und nach dem Verschmelzen auf: Das sind auf der einen Seite die Spindrehimpulse der beiden Schwarzen Löcher – vergleichbar der Drehung des Rades um sein Achse – und der Bahndrehimpuls des Paares, der die gemeinsame Kreisbewegung im Raum beschreibt. Auf der anderen Seite steht nur noch der Spin des verbleibenden Schwarzen Lochs und der Drehimpuls, der in Form von Gravitationswellen weggetragen wird.

Eine Abschätzung der einzelnen Größen und weitere Berechnungen ließen die Astronomen darauf schließen, dass selbst die Kollision eines vergleichsweise kleinen Schwarzen Lochs ein fünfmal größeres noch aus dem Gleichgewicht bringen kann – also seine Rotationsachse verändert. Und hierfür gibt es tatsächlich Hinweise: Denn von einer Akkretionsscheibe, die ein Schwarzes Loch umgibt, strahlen so genannte Jets ab. Sie bestehen aus Teilchen, die wiederum im Bereich von Radiowellen emittieren. Praktischerweise sind die beiden Jets eines Schwarzen Lochs jeweils in Richtung seiner Drehachse orientiert, und wie Aufnahmen der Radioteleskope des Very Large Array (VLA) zeigten, scheint sich diese Richtung in sieben Prozent der Radioquellen tatsächlich verändert zu haben. Die Quellen weisen dann eine X-förmige Struktur auf.

"Gedrehte Jets deuten darauf hin, dass sich ein Schwarzes Loch plötzlich neu ausgerichtet hat", erklärt Merritt, "das einzige Objekt, von dem wir uns vorstellen können, dass es hierzu genug Kraft aufbringt, ist ein anderes Schwarzes Loch."

Ausgehend von der großen Zahl X-förmiger Radioquellen und der hundert Millionen Jahre langen Lebenszeit eines Jets, schätzen die Astronomen, dass sich in jedem Jahr wenigstens eine solche Kollision ereignet. Mit Gravitationswellen-Detektoren, wie sie im Weltraum stationiert werden sollen, ließen sich diese Erschütterungen der Raumzeit dann vermutlich erfassen – eine gute Nachricht für Astronomen.

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