Forschungen haben nunmehr bestätigt, dass es sich bei OJ 287, einem sehr massiven Schwarzen Loch im Zentrum einer sehr weit entfernten Galaxie im Sternbild Krebs, um ein Binärsystem handelt. Um ein zentrales Schwarzes Loch von 18 Milliarden Sonnenmassen kreist ein zweites, ähnliches, aber deutlich kleineres Objekt. Die Interaktion des Systems mit seiner Umgebung führt zu sichtbaren Helligkeitsveränderungen, die es den Astronomen ermöglichen, die Entwicklung der Umlaufbahn zu beobachten. Als bestimmend für diese Entwicklung hat sich nun eines der faszinierendsten der von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagten Phänomene erwiesen: die Abstrahlung von Gravitationswellen. Diese Entdeckung, die die beinahe 100 Jahre alte These Einsteins auf spektakuläre Weise bestätigt, ist kürzlich in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht worden. Und dazu hat auch das Calar-Alto-Observatorium mit seinen Mitarbeitern, Teleskopen und Messinstrumenten beigetragen!

Für die Mehrheit der Astronomen ist die Existenz von sehr massiven Schwarzen Löchern im Zentrum der meisten Galaxien inzwischen unumstritten. Allerdings bleiben sie oft unsichtbar und lassen sich, wie auch im Fall unserer eigenen Galaxie, nur schwer aufspüren. In manchen Fällen aber sind Schwarze Löcher von einer Scheibe umgeben, die Material in Richtung des Zentrums transportiert (Akkretionsscheibe). Die ins Zentrum stürzende Materie wird dabei erhitzt und setzt riesige Mengen an Strahlung frei. Der aktive Kern einer Galaxie kann auf diese Weise sichtbar werden und zeigt sich dann als Quasar.

Eines dieser Objekte ist OJ 287 im Zentrum einer 3,5 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie im Sternbild Krebs. Dieses Objekt weist aber noch eine weitere Besonderheit auf: Es sendet beinahe regelmäßige, alle zwölf Jahre wiederkehrende Energieimpulse aus, die die normale Quasaraktivität überlagern. Mit der im Magazin Nature veröffentlichten Untersuchung hat sich jetzt einer der Interpretationsansätze bestätigt, mit denen man dieses Phänomen zu erklären suchte: Im Zentrum des Quasars befindet sich ein binäres Schwarzes Loch. Ein sehr massives Schwarzes Loch ist von einer Akkretionsscheibe umgeben, welche die typische Strahlung eines Quasars generiert. Doch ein zweites, wesentlich leichteres Schwarzes Loch umkreist die Hauptkomponente des Doppelsystems und trifft während eines jeden Umlaufs zweimal auf die Akkretionsscheibe des massereicheren Partners, was zu den fast regelmäßig wiederkehrenden Ausbrüchen führt. 

Das von Dr. Mauri Valtonen von der Universität Turku (Finnland) geleitete Forschungsteam hat das Verhalten dieses Systems sehr genau analysiert. Die kontinuierliche Aufzeichnung der Zeiten der Helligkeitsveränderungen über viele Jahre hinweg versetzte die Forscher in der Lage, die Umlaufbahn des kleineren Schwarzen Loches zu bestimmen, was den Weg für eine präzise Berechnung der Masse des zentralen Schwarzen Loches eröffnete: Sage und schreibe 18 Milliarden Sonnenmassen! Dieselbe Forschergruppe hat auch die Entwicklung der Umlaufbahn verfolgt und festgestellt, dass sich ihre Größe und Orientierung entsprechend den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie von Einstein verändern. Die relativistische Theorie entfaltet all ihre Erklärungsmacht, wenn man sie auf extreme Gravitationsfelder anwendet. Es gibt nicht allzu viele beobachtbare Konstellationen, die eine Überprüfung der Gravitationstheorien in einer derart starken Feldsituation erlauben würden. Die Studie belegt ein eindeutiges Beispiel für Gravitationswellen in Aktion und bestätigt damit eine der exotischsten Vorhersagen der Einsteinschen Theorie. Tatsächlich zieht sich der Orbit des binären Schwarzen Loches nämlich zusammen und entwickelt sich in einer Weise, die sich nur dadurch erklären lässt, dass enorme Energiemengen das System in Form von Gravitationsstrahlung verlassen. 

Die astronomischen Beobachtungen, die zu dieser Entdeckung geführt haben, kamen dank einer Kooperation zwischen verschiedenen Sternwarten in Japan, China, der Türkei, Griechenland, Finnland, Polen, Großbritannien und Spanien zustande. An den Arbeiten beteiligten sich mehr als 25 Astronomen aus zehn Ländern. Zwei Dinge verdienen es, besonders erwähnt zu werden: Erstens gehörten alle beteiligten Teleskope zu einer Klasse, die man heute als Teleskope mit „kleiner” Öffnung bezeichnen würde (nur zwei hatten einen Durchmesser nahe 2,5 m). Zweitens handelte es sich bei einer Reihe wichtiger Teilnehmer um Amateurastronomen, die ihre eigenen Teleskope benutzten.

Das Calar-Alto-Observatorium beteiligte sich an den Beobachtungskampagnen mit seinem 2,2 m-Teleskop, ausgerüstet mit dem CAFOS-Fokalreduktor, um fotometrische und polarimetrische Messungen durchzuführen. Wie im Nature-Artikel beschrieben, haben sich die polarimetrischen Daten als entscheidend für die Nachprüfung der Untersuchungsergebnisse erwiesen, und nur zwei der beteiligten Observatorien lieferten solche Messdaten.

Dem von Valtonen und seinen Mitarbeitern entwickelten Modell des binären Schwarzen Loches zufolge wird der nächste Ausbruch im Quasar OJ 287 im Jahr 2016 stattfinden. Zweifellos werden dann viele Teleskope auf den Krebs gerichtet sein. Auf dem Calar Alto jedenfalls halten wir die Augen offen! 

© Calar Alto Sternwarte, April 2008                            Diese E-Mail-Adresse ist gegen Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann.