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© NASA/Sonoma State University, Aurore Simonnet

Eine Galaxie wird sehr hell, dann setzt die Röntgenstrahlung des schwarzen Lochs im Zentrum aus. Nasa-Forschende haben eine Vermutung, was geschehen ist.

Washington D.C. – Schwarze Löcher bestehen aus sehr viel Materie auf geringem Raum, was dafür sorgt, dass sie eine sehr große Anziehungskraft haben und alles schlucken, was ihnen zu nahe kommt. Als wären schwarze Löcher dadurch nicht schon geheimnisvoll genug, meldet die US-Raumfahrtorganisation Nasa nun, dass ein schwarzes Loch, das unter anderem von Nasa-Teleskopen beobachtet wird, möglicherweise einen Polsprung gemacht hat.

Das schwarze Loch, um das es geht, befindet sich in der Galaxie mit dem komplizierten Namen 1ES 1927+654 und wird von der Nasa als „Monster“ bezeichnet. Die Galaxie ist den Angaben zufolge 236 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Im März 2018 wurden Forschende von einem Teleskopsystem, das den Himmel automatisiert auf Supernovae absucht, auf eine stark veränderte Helligkeit der Galaxie aufmerksam gemacht. Die Helligkeit im sichtbaren Licht hatte sich um das fast 100-fache erhöht.

Blick in die Tiefen des Universums – So sieht „Hubble“ das Weltall

Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern.

Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden.

Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden.

Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist.

Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion.

Bei einem genaueren Blick auf die Daten stellten Astronominnen und Astronomen fest, dass die Helligkeit bereits seit Ende 2017 angestiegen war, in einem unbeobachteten Zeitraum vor Mai 2018 musste es den Höhepunkt gegeben haben. Doch das schwarze Loch im Kern der Galaxie hatte für die Forschenden noch mehr auf Lager: Im Juni 2018 verschwand völlig unerwartet und plötzlich die hochenergetische Röntgenstrahlung der Galaxie.

Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie: Röntgenstrahlung verschwindet plötzlich

„Es war sehr aufregend, die seltsame, explosive Episode dieser Galaxie zu erforschen und zu versuchen, die möglichen physikalischen Prozesse zu verstehen“, erklärt José Acosta-Pulido, Co-Autor einer Studie zu dem schwarzen Loch, in einer Mitteilung der Nasa. Doch was war in der weit entfernten Galaxie geschehen? Um den Gedankengang der Forschenden zu verstehen, muss man eine grobe Vorstellung haben, was im Umfeld um ein schwarzes Loch geschieht.

Die meisten großen Galaxien – auch unsere Milchstraße – haben in ihrem Zentrum ein supermassereiches schwarzes Loch, das mehrere Millionen bis hin zu Milliarden Sonnenmassen hat. Diese monströsen schwarzen Löcher sind von einer sogenannten Akkretionsscheibe umgeben: Die Materie, die vom schwarzen Loch angezogen wird, sammelt sich dort und wird langsam nach innen gewirbelt. Dabei wird das Material heiß und sendet sichtbares Licht sowie UV- und niederenergetische Röntgenstrahlung aus.

Ganz in der Nähe des schwarzen Lochs existiert zudem eine Wolke extrem heißer Partikel, die sogenannte Korona, die hochenergetische Röntgenstrahlung abgibt. Die Helligkeit der Materie um das schwarze Loch schwankt mit der Menge des Materials, das zum schwarzen Loch strömt.

Schwarzes Loch sendet keine Röntgenstrahlung mehr aus – Nasa vermutet Polsprung

Als die hochenergetische Röntgenstrahlung des schwarzen Lochs plötzlich aussetzte, könnte sich den Forschenden zufolge folgendes zugetragen haben: „Eine magnetische Umkehrung, bei der der Nordpol zum Südpol wird und umgekehrt, scheint am besten zu den Beobachtungen zu passen“, so der Astrophysiker Mitchell Begelman, der an der Studie beteiligt ist. Die Forschung geht davon aus, dass das Magnetfeld des schwarzen Lochs die Korona erschafft und aufrechterhält – dementsprechend sollte jede Veränderung des Magnetfelds eine Auswirkung auf die Röntgenstrahlung haben.

„Das Magnetfeld wird zunächst am Rande der Akkretionsscheibe schwächer, was zu einer stärkeren Erwärmung und Aufhellung im sichtbaren und UV-Licht führt“, erklärt Begelman. Im weiteren Verlauf des Polsprungs wird das Magnetfeld so schwach, dass es die Korona nicht mehr halten kann – die Röntgenstrahlung verschwindet. Anschließend verstärkt sich das Magnetfeld allmählich in seiner neuen – umgekehrten – Ausrichtung.

Röntgenstrahlung des schwarzen Lochs kehrt vier Monate später zurück

Etwa vier Monate nach dem Verschwinden der Röntgenstrahlung kehrte sie im Oktober 2018 wieder zurück. Die Forschenden gehen davon aus, dass das bedeutet, dass die Korona des schwarzen Lochs wieder vollständig hergestellt ist. Es dauerte jedoch noch bis Sommer 2021, bis die Galaxie wieder vollständig in ihren Zustand von vor dem Ausbruch zurückgekehrt ist, berichtet die Nasa. Die Studie zu dem Thema ist auf dem Preprint-Server ArXiv verfügbar, sie wurde vom Astrophysical Journal zur Veröffentlichung angenommen.

Vor knapp zwei Jahren war ein anderes Forschungsteam bereits zu einer anderen Theorie rund um die plötzlich unterbrochene Röntgenstrahlung des schwarzen Lochs gelangt. „Eine frühere Interpretation des Ausbruchs deutete darauf hin, dass er von einem Stern ausgelöst wurde, der so nah am schwarzen Loch vorbeiflog, dass er auseinandergerissen wurde und den Gasfluss unterbrochen hat“, erläutert Josefa Becerra González, eine Co-Autorin der Studie. „Wir zeigen, dass ein solches Ereignis schneller abklingen würde als dieser Ausbruch.“

Südpol und Nordpol eines schwarzen Lochs haben sich offenbar gedreht

Polsprünge könnten Fachleuten zufolge relativ gewöhnliche Ereignisse im Universum sein. Das Magnetfeld der Erde kehrt sich beispielsweise gelegentlich um – im Durchschnitt ein paar Mal pro eine Million Jahre, heißt es bei der Nasa. Die Sonne dagegen hat häufigere Magnetsprünge: Sie finden im Rahmen des normalen, etwa elfjährigen Sonnenzyklus statt. (tab)

Zuletzt haben Forschende ein schnell wachsendes schwarzes Loch entdeckt – es könnte erklären, wie supermassereiche schwarze Löcher schnell an Masse zunehmen. Wie viele schwarze Löcher gibt es eigentlich im Universum? Eine Studie enthüllt die schier unglaubliche Zahl. (tab)