Supermassive Schwarze Löcher sind die extremsten Objekte im bekannten Universum. Sie sind millionen- oder sogar milliardenfach größer als die Masse unserer Sonne. Jetzt ist es Astronomen gelungen, einen dieser Riesen in einem fremden, fernen Quasar zu erforschen. Es gelang ihnen, eine erstaunliche Entdeckung zu machen - sie verdreht sich mit einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit.
Die Untersuchung eines supermassiven Schwarzen Lochs, das ungefähr 3,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist, ist nicht nur eine Meisterleistung. Es stellt sich jedoch heraus, dass das Objekt selbst nicht einfach ist: Es ist ein Quasar, der etwa alle 12 Jahre quasi-periodische Leuchtkräfte aufweist. Diese Tatsache hat den Astronomen geholfen, ihre extreme Natur zu identifizieren.
Quasare sind extrem helle Akkretionsscheiben in den Kernen von Galaxien, die von einer großen Menge Materie angetrieben werden, die im Zentrum eines supermassiven Schwarzen Lochs eingeschlossen ist. Es wird angenommen, dass die überwiegende Mehrheit der Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher enthält. Richtig, moderne Galaxien haben sich beruhigt und Quasare leuchten nicht mehr. Für Galaxien, die Milliarden von Lichtjahren von der Erde entfernt sind, ist das eine ganz andere Geschichte.
Das Objekt in der Mitte eines seltsamen Quasars namens OJ287 „wiegt“ ungefähr 18 Milliarden Sonnenmassen und ist eines der größten supermassiven (oder ultramassiven) Schwarzen Löcher im bekannten Universum. Interessanterweise ist es auch eines der am besten untersuchten Quasare, da es sich in unmittelbarer Nähe des sichtbaren Weges der Sonnenbewegung über den Himmel befindet, von der Erde aus gesehen - ein Gebiet, in dem in der Vergangenheit regelmäßig nach Asteroiden und Kometen gesucht wird. Glücklicherweise haben Astronomen mehr als 100 Jahre Beobachtungen der OJ287-Helligkeitsdaten, die es ihnen ermöglichen, vorherzusagen, wann die folgenden Fackelmomente auftreten werden. Bei genauerer Betrachtung der in den letzten Jahrzehnten aufgetretenen Glühereignisse verstehen die Astronomen, dass die Aufklärung anstelle eines einzelnen Blitzereignisses, das alle 12 Jahre auftritt, tatsächlich einen doppelten Peak darstellt, der den Schlüssel zum Verständnis dessen darstellt, was die Ursache sein könnte.
Mauri Valtonen von der Universität Turku, Finnland, und sein internationales Team verwendeten mehrere optische Teleskope auf der ganzen Welt in Kombination mit dem SWIFT-Röntgenteleskop (SWIFT) der NASA, um festzustellen, dass diese zwölf Jahre alten Doppelblitzereignisse durch ein kleineres Schwarzes Loch verursacht werden, das sich um OJ287 dreht. Valtonen ist der Hauptautor einer Studie, die im Astrophysical Journal (Journal of Astrophysicists) veröffentlicht wurde.
Ein massives Schwarzes Loch hat eine sehr heiße Akkretionsscheibe - eine Schlüsselkomponente eines Quasars. Das Material sammelt sich in der Scheibe und wird in das Schwarze Loch gezogen, um es zuzuführen. Unterwegs erwärmt sich das Scheibenmaterial und strahlt starke elektromagnetische Strahlung aus. Das kleinere Schwarze Loch und Partner OJ287, das selbst 100 Sonnenmassen wiegt (immer noch ein riesiges Schwarzes Loch!), Dessen Umlaufbahn sehr lang ist, bewegt sich alle 12 Jahre in der Nähe eines massereicheren Schwarzen Lochs. Bei der nächsten Annäherung „spritzt“ das kleinere Schwarze Loch während des Wackelns in die OJ287-Akkretionsscheibe und erneut, wenn es sich um die andere Seite des Schwarzen Lochs dreht, wodurch zwei verschiedene Verbrennungen entstehen, wie in diesem Diagramm dargestellt:
Illustration des binären Systems des Schwarzen Lochs in OJ287. Die Vorhersagen des Modells werden durch Beobachtungen verifiziert.
Diese periodische Beinahe-Kollision erwärmt das Akkretionsmaterial einer supermassiven Schwarzen Loch-Scheibe und erwärmt es schnell zweimal direkt nacheinander. Dies ist der Grund für seltsame Aufhellungen (Glühen) im OJ287 alle 12 Jahre. Nachdem die Forscher dieses Modell eines doppelten Schwarzen Lochs erhalten hatten, konnten sie vorhersagen, wann das letzte Ereignis hätte stattfinden sollen. Die letzte Aufklärung fand am 18. November 2015 statt, nur wenige Tage vor Valtonens Vorhersage, und bestätigte das Doppellochmodell seines Teams. Mit Hilfe dieser Beobachtungen kann aber auch die Rotation eines supermassiven Schwarzen Lochs berechnet werden und ist schnell. Diese Befehle zeigen, dass es sich mit einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit dreht.
Interessanterweise konnte das Team auf der Grundlage historischer OJ287-Daten auch mithilfe von Schwerkraftwellen berechnen, wie viel Energie aus dem System verloren geht. Gravitationswellen sind derzeit natürlich ein sehr spannendes Thema, da sie erst letzten Monat dank LIGO entdeckt wurden. Diese Entdeckung von LIGO bestätigte nicht nur Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, sondern bestätigte auch direkt die Existenz von 2 Schwarzen Löchern, die zu einem Ganzen verschmelzen.
Obwohl die OJ287-Gravitationswellen zu schwach sind, um mit Hilfe der modernen Generation von Gravitationswellendetektoren detektiert zu werden (die Quelle ist zu weit entfernt), dient die Klärung des Quasars am 18. November dazu, den Feiertag von Einsteins Theorie zu fixieren, den er vor fast 100 Jahren am 25. November 1915 präsentierte.
