In der fünf Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie OJ 287 durchquert ein Schwarzes Loch regelmäßig eine wirbelnde Scheibe aus Gas um ein zweites, größeres Schwarzes Loch. Ein internationales Forschungsteam hat nun ein vor Jahren vorhergesagtes Phänomen beobachtet: Das von dem kleineren Schwarzen Loch mitgerissene Gas aktiviert für wenige Stunden einen stark gebündelten Materiestrahl, der das Zentrum der Galaxie hell aufleuchten lässt.
Um dieses Ereignis zu erwischen, waren präzise Modellrechnungen für das System und die Zweckentfremdung eines Weltraumteleskops nötig, wie das Forschungsteam im Fachblatt "Astrophysical Journal Letters" berichten.
OJ 287 ist ein Quasar: eine Galaxie mit einer sehr hellen, punktförmigen Strahlungsquelle im Zentrum. Die intensive Strahlung solcher Quasare stammt von massereichen Schwarzen Löchern, die mit ihrer starken Schwerkraft Gas aus der Umgebung anziehen. Das Gas sammelt sich in einer rasant rotierenden Scheibe um das Schwarze Loch, heizt sich dort auf mehrere Millionen Grad auf und leuchtet deshalb hell.
Warum die Galaxie alle zwölf Jahre aufleuchtet
Von dieser Akkretionsscheibe aus fällt das Gas schließlich in das Schwarze Loch hinein – allerdings nicht vollständig. Magnetfelder lenken einen Teil ab und bündeln dieses Gas in zwei enge Materiestrahlen – sogenannte Jets, die Tausende Lichtjahre weit ins All hinaus schießen.
Doch OJ 287 hat eine Besonderheit: Die Helligkeit des Quasars nimmt alle zwölf Jahre stark zu. Anhand historischer Aufnahmen der im Sternbild Krebs liegenden Himmelsregion konnten Forschende diese Schwankungen sogar bis ins Jahr 1887 zurückverfolgen. Anhand Hunderter Messungen lieferte ein Astroteam schon 1988 ein Modell zur Erklärung der Helligkeitsausbrüche: Die Galaxie OJ 287 enthalte in ihrem Zentrum nicht nur ein, sondern gleich zwei Schwarze Löcher.
Das zentrale Schwarze Loch besitzt demnach eine Masse von 18 Milliarden Sonnenmassen und wird von einem Schwarzen Loch mit der 150-millionenfachen Sonnenmasse umkreist. Auf seiner elliptischen Umlaufbahn durchquert das kleinere Schwarze Loch alle zwölf Jahre die Akkretionsscheibe des größeren Schwarzen Lochs. Dabei reißt es einen Teil des Gases mit, verschlingt ihn und verursacht so die Helligkeitsausbrüche.
Im Jahr 2014 stieß ein Astronom bei Modellrechnungen des Systems auf ein weiteres kurzzeitiges Phänomen: Wenn das kleinere Schwarze Loch Materie aus der Scheibe des größeren aufnimmt, sollte auch hier ein Teil davon durch Magnetfelder gebündelt entweichen. Es sollten also kurzzeitig zusätzliche Materiestrahlen – also Jets – auftreten und die Helligkeit steigern. Doch in den gesammelten Helligkeitsdaten fanden sich keine Hinweise auf dieses Phänomen.
Ein Weltraumteleskop auf Sondermission
Die im Laufe der Jahre immer weiter verbesserten Modelle des Systems OJ 287 erlaubten es schließlich, das Auftreten der zusätzlichen Jets immer genauer vorherzusagen: Das nächste Mal sollte dies gegen Ende des Jahres 2021 der Fall sein. Mit einem einzigen Teleskop von der Erde aus nach dem Phänomen zu suchen, wäre jedoch riskant gewesen – wäre es zum Zeitpunkt des Ereignisses dort gerade Tag gewesen, hätte man es versäumt.
Ein Team um Mauri Valtonen von der Universität Turku in Finnland nutzte daher für die Überwachung von OJ 287 ein Weltraumteleskop: TESS, eigentlich für die Suche nach Planeten bei anderen Sternen gedacht, wurde quasi zweckentfremdet und beobachtete mehrere Wochen lang die Region um OJ 287. Valtonen und sein Team hatten Glück: Am 12. November 2021 beobachteten sie tatsächlich einen zusätzlichen Anstieg der Helligkeit des Quasars, genau wie acht Jahre zuvor vorhergesagt. Ergänzende Beobachtungen mit mehreren Teleskopen auf der Erde und einem weiteren Weltraumteleskop bestätigten die Entdeckung.
Gerade einmal zwölf Stunden dauerte der Helligkeitsausbruch durch den aktivierten Materiestrahl. Und diese astronomisch gesehen extrem kurze Dauer erkläre auch, warum dieses Phänomen nie zuvor beobachtet worden sei, so die Forschenden: Die Durchsicht aller historischen Daten zeige, dass der genaue Zeitpunkt der Jet-Aktivierung stets verpasst worden sei. Dafür lässt sich nun vorhersagen, wann das Phänomen das nächste Mal auftreten wird: im August 2033.
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