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Eine halbe Milliarde Lichtjahre entfernt könnte in der Galaxie Mrk 501 eines der dramatischsten Ereignisse des Universums stattfinden, und nach kosmischen Maßstäben könnte es praktisch sofort eintreten. Astronomen gehen inzwischen davon aus, dass zwei supermassive Schwarze Löcher einander im Zentrum dieser glühenden Galaxie umkreisen, so nah, dass eine Kollision in weniger als einem Jahrhundert möglich wäre.
Eine solche Zeitspanne ist beeindruckend. In der Astronomie, wo Prozesse sich normalerweise über Millionen oder Milliarden Jahre erstrecken, wirkt eine mögliche Verschmelzung von Schwarzen Löchern innerhalb von 100 Jahren fast wie das Entstehen von Wetter auf einem fernen Planeten. Wenn sich die Befunde bestätigen, könnte Mrk 501 zu einem der wichtigsten Ziele der modernen Astrophysik werden.
Die neue Forschung unter der Leitung von Silke Britzen vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie deutet auf eine ungewöhnliche Erklärung für das auffällige Radioverhalten der Galaxie hin: nicht ein Jet, sondern zwei. Jeder Jet würde von seinem eigenen supermassiven Schwarzen Loch angetrieben. Der Befund ist noch keine endgültige Bestätigung, doch das Team argumentiert, dass dies die überzeugendste Deutung dessen ist, was Teleskope im Kern des Blazars beobachten.
Das ist wichtig, weil Astronomen schon lange vermuten, dass Galaxienverschmelzungen schließlich Paare supermassiver Schwarzer Löcher hervorbringen sollten. Wir haben Kollisionen von Galaxien beobachtet. Wir wissen, dass die meisten großen Galaxien riesige Schwarze Löcher in ihren Zentren beherbergen. Setzt man diese Fakten zusammen, müssten binäre supermassive Schwarze Löcher existieren. Die eigentliche Schwierigkeit besteht darin, sie eindeutig nachzuweisen, insbesondere wenn sie im turbulenten, hellen Zentrum einer aktiven Galaxie dicht beieinander liegen.
Mrk 501 ist kein leicht zu entschlüsselndes Objekt. Es ist ein Blazar, eine Art aktive Galaxie, deren Jet fast direkt auf die Erde gerichtet ist. Das macht sie über das gesamte elektromagnetische Spektrum unglaublich hell, erschwert jedoch zugleich die Beobachtung. Das Leuchten ist intensiv. Das Zentrum ist unübersichtlich. Signale überlagern sich. Es ist ein wenig so, als wollte man die Mechanik eines Leuchtturms untersuchen, während man direkt in den Strahl blickt.
Um dieses Problem zu umgehen, stützten sich die Forscher auf extrem hochauflösende Radioaufnahmen, die über etwa 23 Jahre gesammelt wurden. Durch das Verfolgen heller Strukturen, die sich bei verschiedenen Radiowellenlängen durch den Jet bewegen, rekonstruierten sie das Verhalten von Materie in der Nähe des zentralen Motors der Galaxie. Heraus kam keine einfache Ein-Jet-Geschichte. Stattdessen deuteten die Daten auf einen zweiten, schwächeren Jet hin, der in einer gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Schleife um den Kern verläuft.
Britzen beschrieb die Analyse so, als stünde sie auf einem Schiff, während das gesamte Jetsystem in Bewegung ist. Dieses Bild fasst das Rätsel gut zusammen. Die Struktur wirkt weder stabil noch ordentlich ausgerichtet. Sie scheint zu schwanken. Ein möglicher Grund ist, dass die Umlaufbewegung zweier Schwarzer Löcher das Jetsystem selbst zum Wanken bringt.
Als das Team die Bewegung modellierte, fanden sie zwei sich wiederholende Zeitmaßstäbe, die im veränderlichen Licht der Galaxie verborgen waren. Ein Zyklus dauerte etwa sieben Jahre, was zur Vorstellung eines Jet-Wankens passt, ähnlich der unruhigen Bewegung eines Kreisels. Der zweite Zyklus war deutlich kürzer, etwa 121 Tage. Nach Aussage der Forscher könnte dieser kürzere Rhythmus der orbitalen Periode der beiden Schwarzen Löcher selbst entsprechen.
Wenn dem so ist, sind die beiden nur durch etwa das 250- bis 540-Fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne getrennt. Für supermassive Schwarze Löcher ist das extrem eng. Formuliert man es formeller, könnte die Lücke nicht größer als 0,0026 Parsec sein. Diese Zahl ist winzig, doch sie ist in der Schwarzer-Loch-Physik von großer Bedeutung, weil sie an eines der hartnäckigsten Probleme des Fachgebiets stößt: das Problem des letzten Parsec.
Das ist das Problem. Wenn sich zwei supermassive Schwarze Löcher einander spiralförmig nähern, verlieren sie Umlaufenergie durch Wechselwirkungen mit umliegenden Sternen und Gas. Dieser Prozess sollte ihre Umlaufbahn allmählich verkleinern. Die Theorie legt jedoch nahe, dass sich eine Engstelle bildet, sobald sie einen Abstand von etwa einem Parsec erreichen. In diesem Stadium könnte nicht mehr genügend Material in der Nähe vorhanden sein, um ihre Energie weiterhin effizient zu entziehen, wodurch der inspirale Vorgang möglicherweise länger als das Alter des Universums zum Stillstand kommen würde.
Und doch, falls Mrk 501 tatsächlich ein binäres Schwarzes Loch mit einer so geringen Trennung beherbergt, hat die Natur offenbar einen Weg gefunden, diese Barriere zu überwinden. Das wäre ein wichtiger Hinweis in dem langjährigen Bemühen zu verstehen, wie supermassive Schwarze Löcher wachsen, verschmelzen und die sie umgebenden Galaxien formen.
Die Einsätze steigen noch weiter, wenn Gravitationswellen ins Spiel kommen. Anders als die von LIGO detektierten Verschmelzungen, die viel kleinere stellare Schwarze Löcher betreffen, würde ein binäres supermassives Schwarzes Loch niederfrequente Gravitationswellen erzeugen. Diese lassen sich nicht auf dieselbe Weise nachweisen. Stattdessen suchen Astronomen mit Pulsar-Timing-Arrays nach ihnen, indem sie die gleichmäßigen Radiopulse toter Sterne in der Galaxie überwachen. Eine vorbeiziehende Gravitationswelle kann diesen Rhythmus subtil stören.
Wenn Mrk 501 tatsächlich einer Verschmelzung näherkommt, könnte es zu einem außergewöhnlichen Labor für diese nächste Ära der Astronomie werden. Forschende könnten nicht nur einen verdächtigen Jet oder eine schwankende Lichtkurve verfolgen, sondern auch den langsamen Anstieg der Gravitationswellenfrequenz, während sich die beiden Riesen auf dem Weg zur Kollision näher zusammenziehen.
Niemand behauptet, der Fall sei abgeschlossen. Eine direkte Abbildung eines Doppeljets im Kern eines Blazars wurde bisher nicht erzielt, und außergewöhnliche Behauptungen erfordern Geduld. Dennoch ist das sich abzeichnende Bild um Mrk 501 schwer zu übersehen. Ein naher Blazar, ein mögliches binäres supermassives Schwarzes Loch, eine Trennung, die weit kleiner ist, als es die Theorie gern sieht, und eine Verschmelzung, die sich auf für menschliche Beobachter relevanten Zeitskalen abspielen könnte, das ist genau die Art von kosmischer Geschichte, auf die Astronomen Jahrzehnte warten, um sie zu erzählen.
Sollten zukünftige Beobachtungen dies bestätigen, wird Mrk 501 aufhören, nur eine weitere helle Galaxie auf einer Radiokarte zu sein. Es wird zu einem Platz in der ersten Reihe für eines der seltensten Spektakel im bekannten Universum.
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