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Wie 10 Billionen Sonnen: Schwarzes Loch zeigt den stärksten Lichtausbruch
Ein aktives Schwarzes Loch in rund zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung hat einen außergewöhnlich energiereichen Ausbruch gezeigt. Im Jahr 2018 wurde der Galaxienkern mehr als 40-mal heller und erreichte eine rund 30-mal höhere Spitzenleuchtkraft als bisherige vergleichbare Ausbrüche. Als mögliche Ursache gilt ein Stern mit mehr als 30 Sonnenmassen, der in der Umgebung des Schwarzen Lochs zerrissen wurde.
Pasadena (U.S.A.). Supermassereiche Schwarze Löcher sitzen häufig im Zentrum besonders heller Galaxien, obwohl sie selbst kein Licht aussenden. Während Gas in einer rotierenden Scheibe auf das Schwarze Loch zuströmt, heizt es sich auf und gibt Strahlung ab, deren Intensität stark schwanken kann. Doch gewöhnliche Veränderungen der Gaszufuhr erklären nicht jeden extremen Lichtausbruch.
Besonders rätselhaft sind Ereignisse, die über Jahre anhalten und weit mehr Energie freisetzen als typische Sternexplosionen. Dahinter könnten instabile Gasströme, außergewöhnliche Supernovae oder Sterne stecken, die von den Gezeitenkräften eines Schwarzen Lochs auseinandergerissen werden. Bei dem nun untersuchten Fall sprechen mehrere Beobachtungen für die letzte Möglichkeit.
Forscher des California Institute of Technology (Caltech) um Prof. Matthew J. Graham haben den ungewöhnlichen Ausbruch im aktiven Galaxienkern J2245+3743 untersucht. Aufzeichnungen der Himmelsdurchmusterungen Zwicky Transient Facility (ZTF) und Catalina Real-Time Transient Survey (CRTS) zeigen, dass sich seine Helligkeit 2018 innerhalb weniger Monate um mehr als das 40-Fache erhöhte.
Am Höhepunkt strahlte der Ausbruch so hell wie ungefähr zehn Billionen Sonnen, obwohl das Objekt rund zehn Milliarden Lichtjahre von uns entfernt ist. Seine Spitzenleuchtkraft war dabei rund 30-mal höher als die zuvor dokumentierter vergleichbarer Ausbrüche an aktiven Schwarzen Löchern. Seit ihrem Maximum nimmt ihre Helligkeit langsam wieder ab.
Die gesamte im ultravioletten und sichtbaren Licht abgestrahlte Energie summiert sich laut Analyse auf rund 10⁵⁴ Erg. Das entspricht der Energie, die bei vollständiger Umwandlung von etwa einer Sonnenmasse in Strahlung frei würde. Im Vergleich zu zuvor erfassten extremen Ausbrüchen in aktiven Galaxienzentren ist diese Energiemenge etwa fünf- bis zehnmal höher.
„Die Energiewerte zeigen, dass dieses Objekt sehr weit entfernt und sehr hell ist. So etwas haben wir noch bei keinem aktiven Galaxienkern gesehen“, sagt Prof. Matthew J. Graham.
Die bevorzugte Erklärung ist ein sogenanntes Gezeitenzerreißereignis, bei dem ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt und durch dessen Schwerkraft auseinandergezogen wird. Seine Überreste könnten sich anschließend in der Gasscheibe verteilen und dort die enorme Strahlungsmenge erzeugen. Der genaue Ablauf ist allerdings noch nicht direkt nachgewiesen.
Für ein solches Szenario müsste der Stern nach den Berechnungen mehr als 30 Sonnenmassen besessen haben. So massereiche Sterne sind selten, könnten jedoch innerhalb einer dichten Gasscheibe zusätzliches Material aufnehmen und dadurch besonders groß werden. Im bevorzugten Modell bewegt sich der Stern in derselben Umlaufrichtung wie das Gas in der Scheibe.
„Das ist wahrscheinlich der massereichste Stern, den man jemals beim Zerreißen durch ein supermassereiches Schwarzes Loch beobachtet hat“, erklärt Prof. K. E. Saavik Ford vom Borough of Manhattan Community College (BMCC).