Ein außer Kontrolle geratenes Schwarzes Loch wurde auf der Flucht aus einer fernen Galaxie entdeckt

Ein Lichtstreifen, der sich von einer entfernten Galaxie weg erstreckt, könnte das erste sichere Anzeichen für ein riesiges schwarzes Loch auf der Flucht sein, berichtet eine neue Studie. Das vermeintliche Schwarze Loch, das aus seiner Wirtsgalaxie flieht, scheint eine Spur aus neugeborenen Sternen und geschocktem Gas hinter sich zu lassen. Wenn dies bestätigt wird, könnte die intergalaktische Flucht den Astronomen helfen, mehr darüber zu erfahren, was mit Schwarzen Löchern passiert, wenn Galaxien kollidieren.

„Es ist eine sehr coole, zufällige Entdeckung“, sagt die Astronomin Charlotte Angus von der Universität Kopenhagen, die nicht an der neuen Arbeit beteiligt war. „Die Möglichkeit, dass dies auf ein supermassereiches Schwarzes Loch zurückzuführen sein könnte, das aus seiner Galaxie ausgestoßen wurde, ist sehr aufregend. Diese Ereignisse wurden theoretisch vorhergesagt, aber bisher gab es kaum Beweise dafür.“

Bei der Suche nach kollidierenden Zwerggalaxien mit dem Hubble-Weltraumteleskop entdeckten der Astronom Pieter van Dokkum und seine Kollegen etwas Seltsames: eine lange, gerade Linie, die sich von einer fernen Galaxie weg zu erstrecken schien und im Verlauf immer schmaler und heller wurde (SN: 18.05.22).

„Was auch immer es ist, wir haben es noch nie zuvor gesehen“, sagt van Dokkum von der Yale University. „Die meisten astronomischen Objekte haben die Form einer Spirale oder eines Tropfens. Es gibt nicht viele Objekte, die nur eine Linie am Himmel sind.“ Wenn Astronomen Linien sehen, stammen sie normalerweise von etwas, das sich bewegt, wie ein Satellit, der das Sichtfeld des Teleskops kreuzt (SN: 3.3.23).

Um herauszufinden, was es war, führten van Dokkum und Kollegen Folgebeobachtungen mit dem Keck-Observatorium auf Hawaii durch. Diese Beobachtungen zeigten, dass der Streifen mit einer Galaxie verbunden war, deren Licht etwa 8 Milliarden Jahre brauchte – mehr als die Hälfte des Alters des Universums – um auf die Erde zu gelangen, berichtet das Team in einem Papier, das am 9. Februar an arXiv.org übermittelt wurde. Die Entfernungsmessung ließ das Team die Länge der Linie berechnen: ungefähr 200.000 Lichtjahre.

Das schloss sicherlich einen Satelliten aus.

„Wir haben viele Erklärungen in Betracht gezogen, und diejenige, die am besten passt, ist das, was wir beobachten, ein massives Objekt wie ein schwarzes Loch, das sich sehr schnell von der Galaxie entfernt“, sagt van Dokkum.

Schwarze Löcher an sich sind unsichtbar. Aber „wenn ein Schwarzes Loch eine Galaxie verlässt, verlässt es sie nicht von selbst“, sagt van Dokkum. Einige der Sterne und Gase, die gravitativ an das Schwarze Loch gebunden waren, verlassen es mit ihm. Dieses Gas sendet eine starke Strahlung aus, die Teleskope erkennen können. Der Weg des Schwarzen Lochs durch das Gas und den Staub in den äußeren Regionen der Galaxie kann auch etwas von diesem Gas zu neuen Sternen komprimieren, die ebenfalls sichtbar wären (SN: 12.07.18).

Eine andere Möglichkeit ist, dass die Linie ein Strahlungsstrahl ist, der vom zentralen supermassereichen Schwarzen Loch der Galaxie ausgesandt wird. Aber dieses Szenario würde wahrscheinlich zu einem Strahl führen, der schmal ist, wenn er sich der Galaxie nähert, und breiter wird, wenn er weiter entfernt ist. Dieser Streifen bewirkt das Gegenteil.

Wenn es sich um ein Schwarzes Loch handelt, könnte es aus dem Zentrum der Galaxie ausgestoßen worden sein, indem es mit einem oder zwei anderen Schwarzen Löchern in der Nähe interagiert hat. Fast jede Galaxie hat ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum. Wenn Galaxien verschmelzen, verschmelzen schließlich auch ihre zentralen Schwarzen Löcher (SN: 05.03.21). Wenn die Bedingungen stimmen, kann diese Verschmelzung dem entstehenden Schwarzen Loch einen „Kick“ geben und es mit hoher Geschwindigkeit davonfliegen lassen (SN: 25.04.22).

Alternativ könnte das Schwarze Loch aus einem Zusammenstoß zwischen drei Galaxien gespuckt worden sein. Wenn sich eine dritte Galaxie einer laufenden Fusion anschließt, streiten sich drei supermassive Schwarze Löcher um ihre Position. Ein Schwarzes Loch kann aus dem galaktischen Zusammenstoß herausgeschleudert werden, während die anderen beiden langsamer in die andere Richtung abheben.

Van Dokkum glaubt, dass dies in diesem Fall passiert ist. Es gibt Anzeichen für einen kürzeren, dunkleren Streifen, der in die entgegengesetzte Richtung von der hellen, geraden Linie verläuft.

Weitere Beobachtungen dieses Systems, vielleicht mit dem James-Webb-Weltraumteleskop, sind erforderlich, um zu bestätigen, dass es sich wirklich um ein ausgestoßenes supermassereiches Schwarzes Loch handelt, sagt Angus. Weitere theoretische Berechnungen darüber, wie ein außer Kontrolle geratenes supermassereiches Schwarzes Loch aussehen sollte, würden ebenfalls helfen.

Der Fund motiviert Angus dazu, archivierte Daten nach weiteren potenziellen Streifen von Schwarzen Löchern zu durchsuchen. „Ich frage mich, ob es da draußen noch mehr dieser Funktionen gibt, die in den Daten von jemandem sitzen, die vielleicht gerade übersehen wurden“, sagt sie.

Van Dokkum auch. „Jetzt, wo wir wissen, wonach wir suchen müssen, diese sehr dünnen Streifen, ist es sinnvoll, auf die Hubble-Daten zurückzugreifen. Wir haben Hubble-Bilder aus 25 Jahren, die zu diesem Zweck nicht durchsucht wurden“, sagt er. „Wenn noch mehr zu finden sind, denke ich, dass wir es schaffen können.“