Wissenschaftler glauben, dass im Zentrum praktisch jeder Galaxie im Universum ein supermassereiches Schwarzes Loch lauert, dessen Masse millionen- oder milliardenfach so groß ist wie die der Sonne und deren immense Schwerkraft dafür verantwortlich ist, alle Sterne zusammenzuhalten. Das Herz des Abell 2261-Galaxienhaufens, das sich etwa 2.7 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, scheint jedoch die Theorie zu brechen. Dort deuten die Regeln der Astrophysik darauf hin, dass es ein riesiges Monster mit 3,000 bis 100,000 Millionen Sonnenmassen geben sollte, vergleichbar mit dem Gewicht einiger der größten bekannten. So oft Forscher ununterbrochen suchen, gibt es keine Möglichkeit, es zu finden. Die neuesten Beobachtungen mit dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und dem Hubble-Weltraumteleskop befassen sich nur mit dem Rätsel.
Mit Chandra-Daten aus den Jahren 1999 und 2004 hatten Astronomen bereits das Zentrum von Abell nach 2,261 Anzeichen eines supermassiven Schwarzen Lochs durchsucht. Sie suchten nach Material, das überhitzt war, als es in das Schwarze Loch fiel und Röntgenstrahlen erzeugte, aber sie entdeckten keine solche Quelle.
Nach einer Fusion ausgewiesen
Mit neuen und längeren Beobachtungen von Chandra im Jahr 2018 führte ein Team unter der Leitung von Kayhan Gultekin von der University of Michigan eine tiefere Suche nach dem Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxie durch. Sie betrachteten auch eine alternative Erklärung, bei der das Schwarze Loch nach der Fusion zweier Galaxien mit jeweils einem eigenen Loch ausgeworfen wurde, um die beobachtete Galaxie zu bilden.
Wenn Schwarze Löcher verschmelzen, erzeugen sie in der Raumzeit Wellen, die als Gravitationswellen bezeichnet werden. Wenn die große Anzahl von Gravitationswellen, die durch ein solches Ereignis erzeugt werden, in einer Richtung stärker wäre als in einer anderen, sagt die Theorie voraus, dass das neue, noch massereichere Schwarze Loch mit voller Geschwindigkeit vom Zentrum der Galaxie in die entgegengesetzte Richtung gesendet worden wäre. Dies wird als zurückweichendes Schwarzes Loch bezeichnet.
Astronomen haben keine endgültigen Hinweise auf einen Rückstoß des Schwarzen Lochs gefunden, und es ist nicht bekannt, ob Supermassive nahe genug beieinander liegen, um Gravitationswellen zu erzeugen und zu verschmelzen. Bisher haben sie nur die Kernschmelze viel kleinerer Objekte verifiziert. Die Suche nach einem größeren Rückzug würde Wissenschaftler dazu ermutigen, nach Gravitationswellen zu suchen, die aus der Verschmelzung supermassiver Schwarzer Löcher resultieren.
Indirekte Signale
Wissenschaftler glauben, dass dies im Zentrum von Abell 2261 durch zwei indirekte Zeichen geschehen sein könnte. Erstens zeigen Daten aus optischen Beobachtungen von Hubble und dem Subaru-Teleskop einen galaktischen Kern, den zentralen Bereich, in dem die Anzahl der Sterne in der Galaxie einen Maximalwert für eine Galaxie dieser Größe aufweist, der viel größer als erwartet ist. Das zweite Zeichen ist, dass die dichteste Konzentration von Sternen in der Galaxie mehr als 2,000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt ist, überraschend weit entfernt.
Während einer Fusion sinkt das supermassereiche Schwarze Loch in jeder Galaxie in Richtung des Zentrums der neu verschmolzenen Galaxie. Wenn sie durch die Schwerkraft zusammengehalten werden und ihre Umlaufbahn zu schrumpfen beginnt, wird erwartet, dass Schwarze Löcher mit umgebenden Sternen interagieren und sie aus dem Zentrum der Galaxie vertreiben. Dies würde den großen Kern von Abell 2261 erklären.
Die außermittige Konzentration von Sternen kann auch durch ein gewalttätiges Ereignis verursacht worden sein, beispielsweise durch die Verschmelzung zweier supermassiver Schwarzer Löcher und den anschließenden Rückstoß eines einzelnen größeren Schwarzen Lochs.
Keine Spur in den Sternen
Obwohl es Hinweise darauf gibt, dass eine Fusion von Schwarzen Löchern stattgefunden hat, zeigten weder die Chandra- noch die Hubble-Daten Hinweise auf das Schwarze Loch selbst. Die Forscher hatten Hubble zuvor verwendet, um nach einer Gruppe von Sternen zu suchen, die von einem zurückgehenden Schwarzen Loch weggefegt werden könnten. Sie untersuchten drei Cluster in der Nähe des Zentrums der Galaxie und untersuchten, ob die Bewegungen der Sterne in diesen Clustern hoch genug sind, um darauf hinzuweisen, dass sie ein Schwarzes Loch mit 10 Milliarden Sonnenmassen enthalten. In zwei der Gruppen wurden keine eindeutigen Beweise für ein Schwarzes Loch gefunden, und die Sterne in der anderen Gruppe waren zu schwach, um nützliche Schlussfolgerungen zu ziehen.
Sie untersuchten zuvor auch Beobachtungen von Abell 2261 mit Karl G. Jansky Very Large Array von NSF. Radioemissionen, die in der Nähe des Zentrums der Galaxie festgestellt wurden, deuteten darauf hin, dass dort vor 50 Millionen Jahren die Aktivität eines supermassiven Schwarzen Lochs stattgefunden hatte. Dies bedeutet jedoch nicht, dass das Zentrum der Galaxie derzeit ein solches Schwarzes Loch enthält.
Dann gingen sie nach Chandra, um nach Material zu suchen, das überhitzt war und Röntgenstrahlen erzeugte, als es in das Schwarze Loch fiel. Während die Daten zeigten, dass sich das dichteste heiße Gas nicht im Zentrum der Galaxie befand, wurde es weder im Zentrum des Clusters noch in einem der Sternhaufen gezeigt. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass entweder an keiner dieser Stellen ein Schwarzes Loch vorhanden ist oder dass es Material zu langsam anzieht, um ein nachweisbares Röntgensignal zu erzeugen.
Das Geheimnis der Lage dieses gigantischen Schwarzen Lochs geht weiter. Obwohl die Suche nicht erfolgreich war, hoffen die Astronomen, dass das James Webb-Weltraumteleskop seine Anwesenheit offenbaren kann. Wenn Webb es nicht finden kann, ist die beste Erklärung, dass sich das Schwarze Loch weit genug vom Zentrum der Galaxie entfernt hat.
