In der traditionellen Vorstellung sind Schwarze Löcher oft in den Zentren von Galaxien „verwurzelt“. Jedoch,Forscher des Shanghai-Observatoriums der Chinesischen Akademie der Wissenschaften entdeckten ein „unruhiges“ Schwarzes Loch in einer Zwerggalaxie, etwa 230 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Es blieb nicht im Kern der Galaxie, sondern wich um fast 1 Kiloparsec (etwa 3.000 Lichtjahre) vom Zentrum ab und stieß Radiojets aus. Dieses „außerhalb des Kerns liegende, in-situ-akkretionierende, strahltragende“ Schwarze Loch in einer nahegelegenen Zwerggalaxie ist derzeit einer der Fälle mit der geringsten Rotverschiebung und den solidesten Beweisen.
Diese Entdeckung stärkt das Verständnis, dass „das Wachstum von Schwarzen Löchern nicht auf das Zentrum von Galaxien beschränkt ist“, und bietet eine neue Perspektive für das Verständnis des schnellen Wachstums von supermassereichen Schwarzen Löchern im frühen Universum.Die entsprechenden Ergebnisse wurden am 5. September 2025 online im Science Bulletin veröffentlicht.
In unserem gewohnten Bild vom Universum werden Schwarze Löcher oft als „Herzen“ von Galaxien betrachtet. Immer mehr Beobachtungen zeigen jedoch, dass einige Schwarze Löcher nicht im Zentrum von Galaxien bleiben, sondern vom Kern abweichen und in der galaktischen Scheibe oder an den Außenrändern „wandern“. Solche Objekte nennt man „Wandernde Schwarze Löcher“, die wie verlorene Reisende im Universum umherwandern.
Warum in Zwerggalaxien nach ihnen suchen? Zwerggalaxien haben kleine Massen und eine relativ einfache Entwicklungsgeschichte. Sie sind wie „kosmische Fossilien“, die Hinweise auf das Wachstum früher Schwarzer Löcher bewahren. Die Theorie sagt voraus, dass der Rückstoß der Gravitationswelle oder die Wechselwirkung mehrerer Körper nach der Verschmelzung von Galaxien leicht dazu führen kann, dass Schwarze Löcher aus dem Zentrum von Zwerggalaxien mit flachen Gravitationspotentialtöpfen herausgeschleudert werden und zu Schwarzen Löchern werden, die um die Peripherie der Galaxie herumwandern. Einige Simulationen deuten sogar darauf hin, dass ein erheblicher Anteil der Schwarzen Löcher in Zwerggalaxien um bis zu tausend Parsec vom Zentrum entfernt ist, direkte, eindeutige Beobachtungsbeweise fehlen jedoch seit langem.
Ein internationales Team unter der Leitung des Forschers An Tao vom Shanghai Observatory der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat eine Zwerggalaxie namens MaNGA 12772-12704 ins Visier genommen, die nur etwa 230 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist (Rotverschiebung z≈0,017). Basierend auf den integrierten Sichtfeldspektraldaten des Nearby Galaxy Spectral Survey (MaNGA) fanden Forscher heraus, dass diese Galaxie schwache aktive galaktische Kerne (AGN) aufweist. Die Gesamtform der Galaxie ist regelmäßig und es gibt keine offensichtlichen Anzeichen einer Verschmelzung oder einer doppelten AGN. Der entscheidende Punkt ist jedoch, dass die damit verbundene Radiostrahlung nicht im geometrischen Zentrum der Galaxie liegt, sondern um fast tausend Parsec vom Zentrum entfernt ist.
Um seine Natur zu bestätigen, nutzte das Team das Radioteleskop Very Long Baseline Array (VLBA), um Tiefenaufnahmen im 1,6-GHz- und 4,9-GHz-Band durchzuführen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Winkelabstand zwischen der Quelle und dem Zentrum der Galaxie 2,68 Bogensekunden (entsprechend 0,94 Kiloparsec) beträgt, die Radiokernhelligkeitstemperatur eine Milliarde Kelvin übersteigt und auf dem 1,6-GHz-Bild eine Radiostrahlungsstruktur beobachtet wurde, die sich etwa 2,2 Parsec (7,2 Lichtjahre) entlang der südöstlichen Richtung erstreckt. Dies sind typische AGN-Merkmale. Darüber hinaus durchforstete das Team systematisch die Archivdaten von 1993 bis 2023 und stellte fest, dass die Quelle nicht-monotone „starke und schwache“ Veränderungen auf einer Skala von Jahrzehnten aufwies, was mit dem Verhalten einer „langfristigen In-situ-Akkretion“ übereinstimmt; Dies unterscheidet sich erheblich vom allgemeinen Gesetz des monotonen Zerfalls von Supernova-Überresten innerhalb einer Zeitskala von mehreren Jahren, wodurch „Vortäuscher“ effektiv eliminiert werden. In Kombination mit der Masse des Sterns in seiner Heimatgalaxie beträgt die empirische Schätzung der Masse des Schwarzen Lochs etwa das 300.000-fache der Masse der Sonne, die in die Kategorie der Schwarzen Löcher mittlerer Masse (IMBH) fällt. Durch die Kombination mehrerer Beobachtungsmerkmale kann bestätigt werden, dass es sich um ein freies Schwarzes Loch mit aktiver Akkretion und Jets handelt und dass es sich derzeit um eine der nächstgelegenen Zwerggalaxien (mit der niedrigsten Rotverschiebung) handelt. Der stellvertretende Forscher Liu Yuanqi sagte lebhaft: „Es ist wie ein kosmischer Leuchtturm, der von einem ‚wandernden Schwarzen Loch‘ beleuchtet wird. Obwohl es das Zentrum der Galaxie verlassen hat, stößt es immer noch Energie nach außen aus.“
Dieser Befund ist besonders auffällig, wenn man ihn aus einer breiteren statistischen Perspektive betrachtet. Unter mehr als 3.000 MaNGA-Zwerggalaxien haben die Forscher 628 AGN-Kandidaten herausgesucht. Etwa 62 % der Quellen wiesen AGNs auf, die vom optischen Zentrum der Galaxie abwichen, was darauf hindeutet, dass eine Denuklearisierung möglicherweise keine Seltenheit ist. Aber „Kandidat“ ist nicht dasselbe wie „Bestätigung“. Das Team von An Tao führte ein mehrstufiges Screening von mehr als 600 Kandidaten durch und wählte schließlich 11 Ziele aus, die für die Erkennung von Radiostrahlung am vielversprechendsten waren, und nutzte die höchste Empfindlichkeit und Auflösung für Verfolgungsbeobachtungen. Von den Beobachtungen dieser 11 Zielquellen weist nur MaNGA 12772-12704 den dreifachen Nachweis von „dichter Temperatur hoher Helligkeit, Parsec-Jet und 30-jähriger Zeitbereichs-Lichtschwankung“ gleichzeitig auf und ist damit der bisher einzige bestätigte Fall.
Papier-Highlights
Diese Forschung verwandelt „wandernde Schwarze Löcher“ von einer theoretischen Vermutung in eine direkte Beobachtung. Mit der Ankunft der nächsten Generation von Teleskopen sind „fehlende Schwarze Löcher“ möglicherweise keine Seltenheit mehr – in Zukunft werden optische Teleskope mit extrem großer Apertur in der Lage sein, das optische Zentrum und die Struktur von Zwerggalaxien genau zu messen, hochauflösende Spektren in der Tiefe zu erfassen, schwache oder maskierte AGN-Merkmale aufzulösen, mehr Kandidaten für außerhalb des Kerns liegende oder freie Schwarze Löcher zu entdecken und die Stichprobengröße zu erweitern.
Mit der Fertigstellung des FAST Core Array und des Square Kilometre Array Radio Telescope (SKA) haben Astronomen die Möglichkeit, systematische Himmelsdurchmusterungen mit höherer Empfindlichkeit und Auflösung durchzuführen, schwächere Radiosignale zu erkennen und sogar Mikrojets direkt im Subparsec-Bereich aufzulösen, was Durchbrüche bei der Bestätigung und statistischen Erforschung exzentrischer Schwarzer Löcher bringt. Vielleicht werden wir in Zukunft erkennen, dass wandernde Schwarze Löcher im Universum keine Seltenheit sind. Sie sind wie „unsichtbare Reisende“ an den Rändern von Galaxien und beeinflussen still und tiefgreifend den Lebensverlauf von Galaxien.