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In einem Lichtblitz, der rund 10 Milliarden Jahre unterwegs war, haben Astronomen den bislang stärksten und am weitesten entfernten Flare eines Schwarzen Lochs beobachtet. Die Eruption, die kurzzeitig ganze Galaxien überstrahlte, erreichte eine Spitzenleuchtkraft, die in etwa der von 10 Billionen Sonnen entspricht, und eröffnet ein seltenes Fenster in die extreme Physik der Zentren ferner Galaxien.
Ein Flare, der die Rekordlisten neu schrieb
Die Quelle, katalogisiert als J2245+3743, brach 2018 plötzlich aus und wurde innerhalb weniger Monate ungefähr 40-mal heller. Auf dem Höhepunkt war sie etwa 30-mal heller als der zuvor stärkste beobachtete Ausbruch eines aktiven galaktischen Kerns (AGN), eine Explosion, die umgangssprachlich als „Scary Barbie" bekannt wurde. Bis das Entdeckungsteam seine Analyse im März 2025 einreichte, hatte der Flare nahezu 1e54 Erg an Energie freigesetzt — eine Größenordnung, die der Umwandlung der gesamten Sonnenmasse in elektromagnetische Strahlung entspricht.
Matthew Graham vom Caltech, Erstautor der Studie, beschreibt das Objekt nüchtern: Energetik und Entfernung heben es deutlich von bekannten AGN-Flares ab. „Das ist anders als jedes AGN, das wir je gesehen haben", sagte er und verwies sowohl auf die Intensität als auch auf die große Entfernung der Strahlung. Die Interpretation des Teams lautet auf ein Gezeitenstörungsevent (TDE, Tidal Disruption Event), bei dem ein supermassives Schwarzes Loch — geschätzt auf rund 500 Millionen Sonnenmassen — einen unglücklichen Stern zerreißt.
Warum Astronomen von einer Gezeitenstörung ausgehen
Verschiedene kosmische Phänomene können helle, langsam abklingende Flares erzeugen. Gammastrahlenausbrüche in Verbindung mit Supernovae (der sogenannte BOAT, Brightest Of All Time), Kilonovae infolge von Neutronensternverschmelzungen und intrinsische AGN-Variabilität können Teile einer TDE-Lichtkurve imitieren. Um die Möglichkeiten zu trennen, analysierte das Team die spektrale Entwicklung, das Helligkeitsprofil und das Verhalten über mehrere Wellenlängenbereiche hinweg.
Die zeitliche Entwicklung der Lichtkurve von J2245+3743 passt am besten zu Modellen, in denen ein Stern — wahrscheinlich sehr massereich, möglicherweise um die 30 Sonnenmassen — in der Nähe des Schwarzen Lochs durch Gezeitenkräfte zerrissen wurde. Die Trümmer bilden eine Akkretionsscheibe, die intensiv strahlt, während Material nach innen spiralt. Über Jahre der Überwachung ist das Objekt langsam abgeklungen, bleibt aber immer noch etwa zwei Größenklassen heller als sein Basisniveau vor dem Flare, was darauf hindeutet, dass das Schwarze Loch weiterhin die letzten Reste des Sterns verschlingt.
Kriterien und Beweislage
Die Zuordnung zu einem TDE stützt sich auf mehrere Beobachtungsmerkmale: die Gesamtenergie, die Langzeitentwicklung der Lichtkurve, charakteristische Linien im Spektrum und die Multiwellenlängen-Emission. Spektroskopische Messungen zeigten Veränderungen in Emissionslinien und Kontinuumform, die mit der Entstehung einer heißen, dichten Akkretionsscheibe vereinbar sind. Gleichzeitig fehlten typische Merkmale einiger Alternativen: z. B. schnelle hochenergetische Spitzen im Gamma- oder Röntgenbereich, die man bei klassischen langdauernden Gamma-Ray Bursts erwarten würde.
Das Team nutzte photometrische Zeitreihen, Spektren aus dem optischen und nahen Infrarot sowie ergänzende Messungen im Röntgen- und Radiobereich, um die hypothetischen Modelle gegeneinander abzuwägen. Die konsistente Erklärung ist ein TDE durch ein sehr massereiches Sternobjekt in einem dichten galaktischen Umfeld, möglicherweise beeinflusst durch die speziellen Bedingungen eines AGN.
Konnte der Stern wirklich so massereich sein?
Massereiche Sterne sind in normalen galaktischen Umgebungen selten. Allerdings gibt es plausible Mechanismen, wie in der Nähe eines AGN ungewöhnlich schwere Sterne entstehen oder aufgewertet werden können. K. E. Saavik Ford von der City University of New York weist darauf hin, dass in dichten Akkretionsscheiben die Einbettung eines Sterns in das Scheibenmaterial eine anhaltende Massenzufuhr ermöglichen kann. Ein solcher eingebetteter Stern kann durch Akkretion anwachsen und deutlich massereicher werden als isolierte Sterne in der galaktischen Umgebung.
In einer AGN-Akkretionsscheibe können lokale Regionen, sogenannte Überdichten oder „clumps", kollabieren und zu Sternentstehung führen; diese jungen Sterne bleiben vom reichhaltigen Scheibenmaterial nicht isoliert und können weiter Masse anhäufen. Diese Prozesse verändern die stellare Masseverteilung in der Nähe des galaktischen Zentrums und erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass ein massereicher Stern auf eine Umlaufbahn gerät, die ihn sehr nahe an das zentrale Schwarze Loch führt.
Mechanismen zur Massenzunahme
- Direkte Akkretion aus dem umgebenden Scheibenmaterial.
- Kollisionen und Verschmelzungen von Sternen in dichten Scheibenregionen.
- Migration innerhalb der Scheibe, die Sterne näher an das zentrale Potenzial bringt.
Solche Szenarien erklären, wie ein Stern mit möglicherweise ~30 Sonnenmassen entstehen und schließlich in eine tödliche Nähe zu einem supermassiven Schwarzen Loch gelangen kann — eine notwendige Voraussetzung, um die enorme bei J2245+3743 beobachtete Energie freizusetzen.
Kosmologische Zeitdilatation: das Ereignis in Zeitlupe beobachten
Ein auffälliger Aspekt von J2245+3743 ist die scheinbare Dauer des Flares aus unserer Perspektive. Obwohl die helle Phase auf der Erde seit mehr als sechs Jahren sichtbar ist, dehnen relativistische kosmologische Effekte sowohl die Wellenlänge des Lichts als auch die beobachtete Dauer des Ereignisses. Anders gesagt: Die Expansion des Universums verlangsamt die beobachtete Zeitachse — was nahe der Quelle nur ein bis zwei Jahre gedauert hat, kann für uns in Zeitlupe erscheinen.
„Es ist kosmologische Zeitdilatation", erklärt Graham. „Das Licht braucht so lange, um den expandierenden Raum zu durchqueren, dass sowohl seine Farbe als auch das Timing gedehnt werden. Sieben Jahre hier entsprechen etwa zwei Jahren am Ort des Ereignisses." Die Korrektur für diesen Effekt ist entscheidend, um akkurate Modelle zur Entwicklung von TDEs zu erstellen und Ereignisse über unterschiedliche kosmische Entfernungen vergleichbar zu machen.
Konsequenzen für die Interpretation
Kosmologische Zeitdilatation beeinflusst die Interpretation mehrerer beobachteter Größen:
- Die beobachtete Fallzeit der Lichtkurve (Decay Time) ist länger als die intrinsische Fallzeit am Entstehungsort.
- Spektrale Veränderungen erscheinen über einen längeren Zeitraum verteilt, was die Zuordnung physikalischer Prozesse erschweren kann.
- Vergleiche zwischen nahen und fernen TDEs müssen die Rotverschiebung und Zeitdilatation explizit berücksichtigen, um konsistente physikalische Parameter abzuleiten.
Präzise kosmologische Korrekturen sind daher notwendig, um Parameter wie Akkretionsrate, Rückfallrate des Materials (fallback rate) und die innere Struktur der entstehenden Akkretionsscheibe zu bestimmen.
Auswirkungen auf Entdeckung und Archivsuche
Die Identifizierung von J2245+3743 als TDE hat praktische Folgen für die Analyse großer Himmelsdurchmusterungen (Wide-Field Surveys). Viele frühere transienten Beobachtungen in Weitfeld-Programmen könnten als AGN-Variabilität oder andere Phänomene fehlinterpretiert worden sein. Durch verfeinerte Templates, die rotverschobene, zeitgestreckte Lichtkurven berücksichtigen, können Astronomen Archivdaten neu durchsuchen, um ähnlich extreme Ereignisse aufzuspüren, die zuvor übersehen wurden.
Solche Re-Analysen sind besonders relevant für Daten von Surveys wie dem Pan-STARRS, dem Zwicky Transient Facility (ZTF) oder künftig dem Vera C. Rubin Observatory (LSST). Diese Beobachtungsprogramme liefern umfangreiche Fotometrie über lange Baselines, die ideal ist, um langsam-variable, helle Transienten zu erkennen — vorausgesetzt, die Suchalgorithmen sind für hochrotverschobene TDE-Profile optimiert.
Wissenschaftlicher Mehrwert weiterer Funde
Das Auffinden entfernter und energetischer TDEs hilft, mehrere astrophysikalische Fragestellungen zu adressieren:
- Demografie supermassiver Schwarzer Löcher über kosmische Zeit — TDE-Raten können auf die Verteilung von Schwarzlochmassen und deren Umgebung schließen lassen.
- Physik der Akkretion in extremen Regimen — bei sehr hohen Rückfallraten können Strahlungsdruck, Winds und möglicherweise jetähnliche Ausströmungen dominieren.
- Stellare Populationen in AGN-Scheiben — Beobachtungen können Hinweise liefern, wie Sternentstehung und Massenzunahme in dichten Scheiben erfolgen.
Darüber hinaus demonstriert die Entdeckung die Bedeutung langfristiger, multiwellenlängen Beobachtungsprogramme, die langsam verlaufende, leuchtstarke Transienten über große kosmische Entfernungen verfolgen können.
Wo diese Forschung veröffentlicht wurde
Die Analyse und Interpretation von J2245+3743 wurden in Nature Astronomy publiziert. Die Arbeit kombiniert photometrische und spektroskopische Langzeitüberwachung, Modellierung der Energetik des Flares und einen kontextuellen Vergleich mit anderen seltenen kosmischen Explosionen wie Gammastrahlenausbrüchen und Kilonovae. Solche Veröffentlichungen durchlaufen Peer-Review und liefern die formal überprüften Daten und Modelle, die notwendig sind, um die Befunde in den größeren astrophysikalischen Kontext einzuordnen.
Expertinnen- und Experteneinschätzung
„Beobachtungen wie J2245+3743 erinnern uns daran, dass das Universum immer noch Ausreißer bereithält, die unsere Modelle herausfordern", sagt Dr. Mira Halvorsen, eine fiktive Astrophysikerin, die Akkretion an Schwarzen Löchern untersucht. „Dieses Ereignis erweitert unser Verständnis darüber, welche Energiemengen bei einer Gezeitenstörung freigesetzt werden können — und wie die Umgebung eines Schwarzen Lochs, zum Beispiel eine AGN-Scheibe, sowohl den Vorläuferstern als auch das von uns beobachtete Licht formen kann."
Langfristige Nachbeobachtungen — über Röntgen-, optische und Radiobänder hinweg — werden zeigen, wie schnell J2245+3743 schließlich wieder auf sein Basisniveau absinkt, und dabei die Schätzungen zur Masse des zerstörten Sterns und des Schwarzen Lochs verfeinern. Beobachtungen mit empfindlichen Instrumenten wie dem James Webb Space Telescope (JWST), dem Extremely Large Telescope (ELT) sowie künftigen Röntgenmissionen können zusätzliche Einsichten liefern, insbesondere hinsichtlich der Temperaturentwicklung, der Abstrahlungsmechanismen und möglicher Jet-Bildung.
Technische Details und methodische Hinweise
Die Energieskala von ~1e54 Erg wurde aus integrierter Photometrie über die beobachtete Dauer und geschätzter Splitting-Faktoren für Absorption und Strahlungsanisotropie abgeleitet. Solche Berechnungen kombinieren Bolometrische Corrections (zur Abschätzung der gesamten abgestrahlten Leistung über alle Wellenlängen) mit modellbasierten Rückfallraten für das zerrissene Material. Typischerweise beinhaltet die Modellierung Parameter wie:
- Schwarzes-Loch-Masse (M_BH) und Spin.
- Masse des Progenitorsterns (M_*).
- Einfall- bzw. Rückfallrate (dot{M}_{fallback}) und Effizienz der Strahlungsfreisetzung (eta).
- Geometrie der Akkretionsscheibe und mögliche Ausrichtung von Jets.
Instrumentell stützte sich die Studie auf eine Kombination von All-Sky-Überwachungsdaten, gezielten Spektroskopien mit mittelgroßen bis großen Teleskopen und ergänzenden Röntgen- beziehungsweise Radiomessungen, um eine umfassende mehrwellenlängige Beschreibung zu erzeugen. Solche multiwavelength-Kampagnen sind unabdingbar, weil verschiedene Emissionsprozesse in unterschiedlichen Bändern dominieren: thermische Emission in optisch/UV, Hochenergieprozesse in Röntgen und nicht-thermische Prozesse im Radio.
Was die Entdeckung einzigartig macht
Mehrere Faktoren unterscheiden J2245+3743 von vorher bekannten Ereignissen:
- außerordentlich hohe freigesetzte Energie,
- große Entfernung (hohe Rotverschiebung) mit starker kosmologischer Zeitdilatation,
- die Kombination aus Helligkeit, Dauer und spektraler Entwicklung, die gut zu einem TDE durch einen sehr massereichen Progenitor passt,
- Hinweise auf eine Umgebung in einem AGN, die den Progenitor formen und die Beobachtung beeinflussen könnte.
Im Vergleich zu klassischen TDEs in weniger aktiven galaktischen Kernen zeigt J2245+3743, wie Umgebungseinflüsse die Beobachtungsmerkmale verschieben und wie wichtig es ist, Umgebungsfaktoren bei der Interpretation von Transienten zu berücksichtigen.
Ausblick und offene Fragen
Trotz der umfangreichen Daten bleiben wichtige Fragen offen: Wie häufig sind so energetische TDEs im frühen Universum? Welche Rolle spielen AGN-Scheiben bei der Erzeugung massereicher Vorläufersterne? Unter welchen Bedingungen entstehen bei TDEs Jets mit relativistischen Geschwindigkeiten? Antworten auf diese Fragen erfordern sowohl die Entdeckung weiterer ähnlicher Ereignisse als auch vertiefte theoretische Arbeiten zur Akkretionsphysik und Strahlungsübertragung in dichten, heißen Scheibenumgebungen.
Die Kombination aus Beobachtungsdaten, verbesserten Simulationen von Stern-Schwarzes-Loch-Interaktionen und erweiterten Aufsuchen in Archivdaten wird in den nächsten Jahren entscheidend sein. Mit der Zunahme tiefer, großflächiger Himmelsdurchmusterungen und leistungsfähiger Folgebeobachtungsinstrumente ist die Chance groß, weitere extreme TDEs zu identifizieren und so ein klareres Bild von Schwarzer-Loch-Wachstum und stellares Verhalten in AGN-Umgebungen zu gewinnen.
Für den Moment bleibt J2245+3743 ein Rekordhalter: ein Flare, heller als alles zuvor Beobachtete, gesendet aus der tiefen Vergangenheit und von der kosmischen Expansion in Zeitlupe abgespielt — ein eindrucksvolles Labor für die Erforschung von Schwerkraft, Akkretion und Strahlung unter extremen Bedingungen.
Quelle: sciencealert
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