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Gravitationslinse deutet auf zwei aktive Schwarze Löcher mit nur 570 Lichtjahren Abstand hin
Drei vergrößerte Abbilder eines fernen Galaxiensystems zeigen nicht dieselben Lichtspektren. Die erneute Analyse von Teleskopdaten liefert damit unabhängige Hinweise darauf, dass sich dahinter zwei aktive supermassereiche Schwarze Löcher verbergen. Sie wären nur rund 570 Lichtjahre voneinander entfernt und stammen aus der Frühzeit des Universums. Die Studie ist bisher nicht fachbegutachtet.
Columbia (U.S.A.). Wenn zwei Galaxien miteinander verschmelzen, können ihre zentralen Schwarzen Löcher zunächst nebeneinander weiter Materie aufnehmen. Solche Doppelkerne lassen sich in weit entfernten Galaxien kaum unterscheiden, weil ihre Abstände aus großer Distanz winzig erscheinen. Besonders aufschlussreich wären daher eng benachbarte, aktive Schwarze Löcher aus der Frühzeit des Kosmos.
Bei dem Galaxiensystem MG B2016+112 kommt den Astronomen ein kosmischer Zufall zu Hilfe. Eine näher gelegene Galaxie wirkt als Gravitationslinse und lenkt das Licht des Hintergrundobjekts so ab, dass mehrere vergrößerte Abbilder entstehen. Frühere Radio- und Röntgenmessungen hatten bereits auf zwei aktive Kerne statt auf einen einzigen mit ungewöhnlicher Jet-Struktur hingedeutet.
Forscher der University of South Carolina (USC) um Jianghao Huyan haben diese Deutung nun anhand optischer Archivdaten unabhängig überprüft. Das untersuchte Licht stammt aus einer Zeit, als das Universum erst ungefähr zwei Milliarden Jahre alt war. Die neue Untersuchung liegt derzeit als Forschungs-Preprint vor und wurde noch nicht von Fachkollegen begutachtet.
Das Team hat die räumlich getrennten Spektren der drei Linsenbilder A, B und C ausgewertet, die 2018 mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope (VLT) aufgenommen wurden. Das Instrument zerlegt das Licht jedes Bildbereichs nach Wellenlängen. So lassen sich charakteristische Emissionslinien von Gas vergleichen, das durch energiereiche Strahlung angeregt wird.
Entscheidend war das Verhältnis zweier Emissionslinien von Helium und Kohlenstoff. Für die Bilder A und B ergaben sich Werte von rund 0,60 und 0,58, für C dagegen nur etwa 0,36. Anders als mehrere weitere untersuchte Linien werden diese beiden Signale nicht durch starke Absorption verfälscht. Deshalb halten die Forscher den Unterschied für einen belastbaren Hinweis auf verschiedene Strahlungsquellen.
Die ähnlichen Spektren von A und B passen dazu, dass beide Abbilder von demselben aktiven Galaxienkern stammen. Das deutlich abweichende Bild C lässt sich dagegen mit einem zweiten Kern erklären. Dies stützt das zuvor aus Radiodaten entwickelte Modell, nach dem die zwei Schwarzen Löcher in MG B2016+112 einen projizierten Abstand von 175 Parsec, also rund 570 Lichtjahren, haben.
Aus der Breite einer Kohlenstoff-Emissionslinie hat das Team außerdem Untergrenzen für die Massen der Schwarzen Löcher abgeleitet. Für die Bilder A und B ergeben sich mindestens rund 20 beziehungsweise 23 Millionen Sonnenmassen, für C mindestens etwa 15 Millionen. A und B zeigen dabei zwei Ansichten desselben Objekts und bezeichnen nicht zwei zusätzliche Schwarze Löcher.
Die vergleichbaren Größenordnungen passen zu der Möglichkeit, dass zwei relativ massereiche Galaxien miteinander verschmolzen und ihre Schwarzen Löcher zurückgelassen haben. Einen solchen Zusammenstoß hat die Studie jedoch nicht direkt nachgewiesen. Auch die Massenabschätzungen sind unsicher, denn die verwendete Berechnungsmethode wurde ursprünglich für weniger verdeckte aktive Galaxienkerne kalibriert.
Zusätzlich haben die Wissenschaftler abgeschätzt, wie hell die beiden Kerne im Verhältnis zur sogenannten Eddington-Leuchtkraft strahlen. Dieser Wert beschreibt eine theoretische Grenze, bei der der Strahlungsdruck den Zustrom weiterer Materie behindern kann. Für A und B ergeben sich Obergrenzen von ungefähr 47 und 51 Prozent, für C dagegen von nur etwa vier Prozent.