Das Monster von NGC 1277: ein Schwarzes Loch, das sich allen Theorien widersetzt

Schwarze Löcher

DERSchwarze Löchersind massive Objekte, deren Gravitationsfeld so intensiv ist, dass es jegliche Form von Materie oder Strahlung am Entweichen hindert: Sterne, Planeten, Materie, Energie und sogar Licht. Schwarze Löcher werden durch die Allgemeine Relativitätstheorie beschrieben. Wenn der Kern des toten Sterns zu massiv ist, um ein Neutronenstern zu werden, zieht er sich unaufhaltsam zusammen, bis sich dieses mysteriöse astronomische Objekt bildet: das Schwarze Loch.

Die Masse stellarer Schwarzer Löcher reicht von wenigen Sonnenmassen bis hin zu Milliarden von Sonnenmassen. Sie entstehen nach dem Gravitationskollaps der Überreste massereicher Sterne. Ein Mann sagte bereits im 18. Jahrhundert die Existenz dunkler Sterne voraus, der britische Physiker, Astronom und Geologe,John Michell(1724-1793). In seinen Notizen schreibt er, dass ein Stern, wenn er zu massereich wird, unter dem Einfluss seiner Gravitationskraft Licht anzieht. Da seine Berechnungen jedoch eine Dichte des Sterns ergeben, die 18 Milliarden Tonnen pro cm3 entspricht, kommt er zu dem Schluss, dass diese nicht existieren kann.

Entdeckung des supermassiven Schwarzen Lochs NGC 1277

NGC 1277 ist eine linsenförmige Galaxie im Perseus-Cluster, etwa 220 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. 1875 vom irischen Astronomen entdecktLawrence Parsons(1840-1908) ist diese Galaxie seit der Entdeckung ihres außergewöhnlich massereichen zentralen Schwarzen Lochs im Jahr 2012 zu einem bevorzugten Forschungsobjekt geworden. Dieses einzigartige System stellt Standardmodelle der Galaxienentstehung in Frage und bietet Astrophysikern einen einzigartigen Einblick in die extremen Prozesse, die die Galaxienentwicklung steuern.

Herausragende Merkmale des Schwarzen Lochs NGC 1277

Das supermassive Schwarze Loch im Herzen von NGC 1277 weist bemerkenswerte Eigenschaften auf:

• Kolossale Masse: Geschätzte 17 Milliarden Sonnenmassen (±3 Milliarden)
• Ungewöhnliches Verhältnis: Stellt ca. 14 % der Sternmasse der Galaxie dar (im Vergleich zu ca. 0,1 % typischerweise)
• Erweiterter Ereignishorizont: Etwa das 400-fache der Entfernung Erde-Sonne
• Akkretionsscheibe: Reduzierte Aktivität trotz außergewöhnlicher Masse

Astrophysikalische Implikationen

Die astrophysikalischen Implikationen der Entdeckung des supermassiven Schwarzen Lochs in NGC 1277 sind tiefgreifend und stellen mehrere Paradigmen der galaktischen Astrophysik in Frage.

1. Hinterfragen der Koevolutionsbeziehung zwischen Schwarzen Löchern und Galaxien

Im Standardmodell entwickeln sich Galaxien und ihre zentralen Schwarzen Löcher gemeinsam: Die Masse des Schwarzen Lochs korreliert mit globalen Eigenschaften der Galaxie, wie etwa der Sterngeschwindigkeitsdispersion (M-σ-Beziehung), der Masse des Bulges oder sogar der sphäroidalen Leuchtkraft. Aber in NGC 1277 macht das Schwarze Loch ≈ 14 % der Sternmasse aus, verglichen mit ≈ 0,1 % bis 0,5 % normalerweise. Diese große Meinungsverschiedenheit lässt darauf schließen, dass:

• Entweder hat die Galaxie seit ihrer Entstehung Sternmasse verloren („anämische“ Galaxie),
• Entweder ist das Schwarze Loch ungewöhnlich schnell gewachsen,
• Oder es gibt eine Klasse von Reliktgalaxien, die den klassischen Koevolutionsbeziehungen entkommen.

2. Mögliche Existenz „riesiger ursprünglicher“ Schwarzer Löcher

Einige Modelle deuten darauf hin, dass sich die Schwarzen Löcher von Galaxien wie NGC 1277 sehr früh (z > 2) gebildet haben, während der ersten Phasen der galaktischen Entstehung, in sehr dichten Umgebungen, die ein schnelles Wachstum begünstigen (anhaltende Quasi-Eddington-Akkretion, schnelle Verschmelzungen usw.). NGC 1277 könnte daher ein fossiles Schwarzes Loch aus der Quasar-Ära beherbergen, das seitdem relativ inaktiv geblieben ist.

3. Fossile Galaxie: Zeuge eines jungen Universums

NGC 1277 ist eine kompakte, linsenförmige Galaxie mit sehr inaktiver Sternentstehung, einer alten Sternpopulation (> 10 Gyr) und wenig Gas. Dies macht sie zu einer Reliktgalaxie:

• es hat sich seit z ≈ 2 praktisch nicht weiterentwickelt,
• Es ist seit der Entstehung massiver Galaxien weder verschmolzen noch hat es seine Masse wesentlich erhöht.

4. Extreme Statistiken zu Schwarzen Löchern werden unterbewertet

Wenn andere kompakte und alte Galaxien wie NGC 1277 ebenfalls überproportional viele Schwarze Löcher beherbergen, dann:

• Statistische Schätzungen der Massendichte von Schwarzen Löchern im lokalen Universum (Ω_B.H.) sind unterbewertet.
• Dies wirkt sich auf Vorhersagen zur Erkennung von Gravitationswellen aus massiven extragalaktischen Quellen (z. B. durch LISA) aus.

5. Gravitationstests mit hoher Krümmung

Die extreme Masse des Schwarzen Lochs von NGC 1277 (bis zu 1,7×10¹⁰ M_☉) macht es zu einem Kandidaten für den Test der Allgemeinen Relativitätstheorie im starken Regime:

• Einfluss auf die Sterndynamik in der Nähe des Zentrums,
• Relativistisches Profil der Emissionslinien (sofern eine Scheibe vorhanden ist),
• Theoretische Lense-Thirring-Präzession (hier nicht beobachtet, aber im allgemeinen Kontext interessant).

Beobachtungsmethoden

Die Untersuchung dieses Systems basiert auf mehreren komplementären Techniken: