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Können Kollisionen supermassereiche Schwarze Löcher aus Galaxienzentren schleudern?
Kosmischer Rückstoß: Wenn zwei supermassereiche Schwarze Löcher verschmelzen, könnte der entstandene Schwerkraftgigant aus dem Zentrum seiner Galaxie geschleudert werden. Eine Auswertung von rund 105.000 Quasaren liefert nun statistische Hinweise auf solche Bewegungen. Dabei zeigt sich ein Zusammenhang zwischen den Geschwindigkeitsverschiebungen im Licht und der Staubverhüllung der aktiven Galaxienkerne.
Budapest (Ungarn). Supermassereiche Schwarze Löcher sitzen meist im Herzen großer Galaxien. Doch nach der Verschmelzung zweier solcher Giganten muss ihr gemeinsamer Nachfolger nicht an derselben Stelle bleiben. Werden Gravitationswellen bei der Kollision ungleichmäßig abgestrahlt, erhält das entstandene Schwarze Loch einen Rückstoß und kann aus dem galaktischen Zentrum versetzt werden.
Reicht dieser Impuls nicht zur Flucht aus der gesamten Galaxie, könnte das Schwarze Loch lange um deren Zentrum pendeln. Für solche versetzten Schwerkraftgiganten gibt es bereits einzelne Kandidaten, doch alternative Erklärungen ließen sich bislang nicht zuverlässig ausschließen. Nun liefert eine Untersuchung vieler Quasare einen anderen Ansatz, um dem möglichen Rückstoß auf die Spur zu kommen.
Forscher der University of Birmingham um Bence Bécsy haben dazu die Lichtsignale von 104.688 Quasaren statistisch untersucht. Als Quasare bezeichnet man besonders leuchtkräftige Galaxienkerne, in denen Materie auf ein supermassereiches Schwarzes Loch zuströmt. Die untersuchten Objekte stammen aus dem Quasarkatalog des Sloan Digital Sky Survey (SDSS).
Das Licht der Quasare gibt gleich zwei entscheidende Hinweise: Bestimmte breite Spektrallinien stammen von Gas, das sich nahe am Schwarzen Loch bewegt. Schmale Linien entstehen dagegen in weiter entfernten Regionen. Aus der Verschiebung beider Linienarten zueinander lässt sich eine mögliche Bewegung des inneren Gases relativ zur Galaxie abschätzen.
Zugleich verrät die Farbe des Lichts etwas über die Verhüllung des Quasars: Staub schwächt kurzwelliges Licht stärker ab und lässt einen vergleichbaren Quasar deshalb röter erscheinen. Bereits 2016 hatten Modellrechnungen einen Zusammenhang vorhergesagt. Demnach müssten rückstoßende Schwarze Löcher besonders schnell sein, wenn sie staubreiche Bereiche nahe dem Galaxienzentrum durchqueren.
„Wir haben den Zusammenhang, den wir vor Jahren vorhergesagt haben, nun auch in echten Beobachtungsdaten nachgewiesen. Es ist schwer, sich ein besseres Beispiel dafür vorzustellen, warum es so großartig ist, Forscher zu sein. Unsere Ergebnisse könnten helfen, die Vorgänge in Galaxienkernen und die Rolle von Einsteins Gravitationswellen dabei zu verstehen“, erklärt Peter Raffai von der Eötvös Loránd University (ELTE).
Tatsächlich fanden die Wissenschaftler den vorhergesagten Trend: Je größer die gemessene Geschwindigkeitsverschiebung, desto stärker ist im Mittel auch die Staubrötung. Der statistische Zusammenhang ist mit einem Korrelationskoeffizienten von rund 0,12 zwar schwach, angesichts der großen Stichprobe aber hochsignifikant. Er beruht vor allem auf einer Teilgruppe auffällig stark verstaubter Quasare.
Unter den Quasaren mit den größten Geschwindigkeitsverschiebungen ist der Anteil stark verstaubter Objekte ungefähr dreimal so hoch wie unter den langsamsten. Die Forscher verglichen außerdem Spektrallinien ferner Gasregionen miteinander, die eine Bewegung des Schwarzen Lochs nicht direkt verfolgen sollten. Dabei erschien der positive Zusammenhang nicht. Auch weitere Auswertungen mit veränderten Mess- und Auswahlverfahren bestätigten den Grundtrend.
„Bei einem einzelnen Quasar ist es sehr schwierig zu beweisen, dass sein Schwarzes Loch herausgeschleudert wurde, weil auch andere Phänomene ähnliche Anzeichen hervorrufen können. Neu an unserer Untersuchung ist, dass wir statt einzelner Kandidaten statistisch nach den Spuren einer gesamten Population gesucht haben. So konnten wir einen Zusammenhang aufzeigen, der mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmt“, erklärt