Ein internationales wissenschaftliches Forschungsteam unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Deutschland gab bekannt, dass es den ersten direkten Beweis für ein Paar eng umlaufender supermassereicher Schwarzer Löcher in der aktiven Herkules-Galaxie Markarian 501 (Mrk 501) erhalten hat, die Hunderte Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Untersuchungen zeigen, dass das Schwarze Lochpaar durch zwei hochenergetische Jets exponiert wird. Der Abstand zwischen ihnen entspricht nur 250 bis 540 Sonnen-Erde-Abständen. Die Gesamtmasse kann Hunderte Millionen oder sogar Milliarden Sonnen erreichen. Theoretisch könnten sie in etwa 100 Jahren verschmelzen und nachweisbare niederfrequente Gravitationswellen erzeugen.
Aktuelle Beobachtungen und Theorien gehen im Allgemeinen davon aus, dass im Zentrum fast jeder großen Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von Millionen bis Milliarden Sonnen lauert. Wie diese Giganten jedoch auf der kosmischen Zeitskala schnell wachsen, bleibt ein zentrales ungelöstes Rätsel der Astrophysik. Es ist schwierig, ihr Massenwachstum allein durch die langsame Ansammlung von umgebendem Gas zu erklären, daher haben Forscher schon immer vermutet, dass Verschmelzungen zwischen großen Schwarzen Löchern eine wichtige Rolle spielen. Da Galaxienkollisionen im Universum recht häufig vorkommen, gilt es als unvermeidlicher Prozess, dass sich die zentralen Schwarzen Löcher unter dem Einfluss der Schwerkraft allmählich einander annähern und ein binäres Schwarzlochsystem bilden. Bis zu dieser Beobachtung hatte die astronomische Gemeinschaft jedoch kein Paar supermassereicher Schwarzer Löcher im Endstadium der Kompaktheit eindeutig identifiziert.
Die Studie zielte auf Mrk 501 ab, eine bekannte Klasse von Blazargalaxien, deren zentrales Schwarzes Loch seit langem bekannt ist und die für einen relativistischen Jet bekannt ist, der fast auf die Erde zielt. Um tief in den Kern der Galaxie vorzudringen, hat das Team hochauflösende Radiobeobachtungsdaten über einen Zeitraum von etwa 23 Jahren und in mehreren Frequenzbändern von Dutzenden von Beobachtungsmissionen zusammengestellt und analysiert, mit einer Auflösung, die hoch genug ist, um die Entwicklung feiner Strukturen in den Jets im Laufe der Zeit zu verfolgen. Zur Überraschung der Forscher identifizierten sie neben dem bekannten Hauptjet, der auf die Erde zusteuerte, einen zweiten Jet in der Nähe des Kerns.
Silke Britzen, die Erstautorin des Artikels, wies darauf hin, dass dies das erste Mal sei, dass die Struktur eines solchen Systems klar im Kern einer Galaxie abgebildet wurde, was starke direkte Beweise für ein zweites supermassereiches Schwarzes Loch liefere. In den Bildern markierte das Team durch Konturen gleicher Intensität und Modellanpassung helle Stellen im Jet und verglich die Verschiebung und morphologischen Veränderungen dieser Strukturen zwischen verschiedenen Beobachtungstagen, um die Bewegung des Jets zu verfolgen. Die Ergebnisse zeigten, dass der zuvor bekannte Jet (mit der Bezeichnung „Jet 1“) eindeutig auf die Erde gerichtet war, während der neu entdeckte „Jet 2“ in eine andere Richtung zeigte und sich innerhalb weniger Wochen erheblich veränderte, da die Startpunkte der beiden Jets im Kern der Galaxie extrem nahe beieinander lagen.
Für Astronomen erscheint Jet 1 ungewöhnlich hell, weil er fast direkt auf uns zufliegt und seit vielen Jahren ein klassisches Beispiel für relativistische Jets ist. Im Gegensatz dazu ist Jet 2 von der Sichtlinie entfernt ausgerichtet und war lange Zeit schwer aus der komplexen Funkstruktur zu lösen. In den neuesten Daten fanden Forscher heraus, dass dieser zweite Jet hinter dem massereicheren Schwarzen Loch hervorzuschauen scheint und sich entgegen dem Uhrzeigersinn um dieses herum bewegt, wobei er periodische geometrische Veränderungen und Helligkeitsänderungen erzeugt. Blitzen beschrieb den Datenanalyseprozess als „so, als würde man auf einem Schiff stehen und beobachten, wie das gesamte Jet-System schwankt“. Nur durch die Einführung eines dualen Schwarzen-Loch-Systems und das Schwingen seiner Orbitalebene kann diese Reihe dynamischer Phänomene vernünftig erklärt werden.
Noch dramatischer war, dass bei einer Beobachtung im Juni 2022 der Strahlungsweg des Systems stark verzerrt wurde, wodurch ein „Einstein-Ring“-ähnliches Merkmal im Bild entstand. Das Forschungsteam geht davon aus, dass das System zu diesem Zeitpunkt nahezu perfekt auf die Sichtlinie der Erde ausgerichtet war. Das größere Schwarze Loch im Vordergrund beugte das Licht des Hintergrundstrahls wie eine Linse und ließ ihn für uns ringförmig erscheinen. Dies ist ein typischer starker Gravitationslinseneffekt. Dieses seltene Phänomen unterstützt weiter den Erklärungsrahmen von „doppelten Schwarzen Löchern + Doppeljets + Gravitationslinseneffekt“.
Durch die Analyse langfristiger Helligkeitsänderungen und periodischer Änderungen in der Jet-Morphologie gelangte das Forschungsteam zu dem Schluss, dass das Paar supermassereicher Schwarzer Löcher einander in einer Zeitspanne von etwa 121 Tagen umkreist. Ihre Entfernung entspricht 250 bis 540 durchschnittlichen Entfernungen Erde-Sonne oder etwa 2,32 bis 5,02 Milliarden Meilen (etwa 37,4 bis 80,8 Milliarden Kilometer), eine extrem kurze Umlaufbahnentfernung für Objekte mit Massen zwischen 100 Millionen und einer Milliarde Sonnen. Modellrechnungen unterschiedlicher Massenkombinationen zufolge könnte das Paar Schwarzer Löcher in nur etwa hundert Jahren weiter an Orbitalenergie verlieren und schließlich verschmelzen, was zu einem seltenen „Quasi-Echtzeit“-Kandidaten für die Verschmelzung supermassereicher Schwarzer Löcher in der Geschichte der Astronomie wird.
Da Mrk 501 jedoch so weit von der Erde entfernt ist, ist es selbst mit den fortschrittlichsten Einrichtungen wie dem Event Horizon Telescope (EHT) schwierig, die beiden Schwarzen Löcher vollständig in unabhängige Lichtpunkte am Himmel aufzulösen. Mit anderen Worten: Astronomen können den gesamten Prozess der Annäherung und Verschmelzung der beiden Schwarzen Löcher nicht direkt abbilden, wie sie es bei der Aufnahme des ersten Schwarzlochfotos taten. Sie können sich nur auf die Entwicklung der Jet-Struktur und das allgemeine Helligkeitsverhalten verlassen, um ihre Orbitalkontraktion indirekt zu verfolgen.
Forscher sagen jedoch voraus, dass die beiden Schwarzen Löcher, wenn sie sich immer weiter aneinander annähern, extrem niederfrequente Gravitationswellen aussenden, die voraussichtlich vom Pulsar Timing Array (PTA) erfasst werden. In den letzten Jahren haben von mehreren Kooperationsprojekten wie dem European Pulsar Timing Array veröffentlichte Ergebnisse gezeigt, dass zunächst ein Gravitationswellenhintergrund entdeckt wurde, der durch die Überlagerung vieler supermassereicher Schwarzloch-Doppelsternsysteme entsteht, und dass das supermassereiche Schwarzloch-Doppelsternsystem als die dominierende Quelle dieses Hintergrunds angesehen wird. Mrk 501 wurde dieses Mal als Kandidat für ein nahes binäres Schwarzes Loch bestätigt, was es zu einem der besten Ziele für die zukünftige Vereinheitlichung von PTA-Signalen mit bestimmten Himmelssystemen macht.
Héctor Olivares, Mitautor des Artikels, wies darauf hin, dass, wenn in diesem System in Zukunft ein klares Gravitationswellensignal erfasst werden kann und seine Frequenz mit der Zeit stetig zunimmt, die Möglichkeit besteht, den gesamten Prozess der Verschmelzung supermassiver Schwarzer Löcher innerhalb der menschlichen Beobachtungszeitskala „mitzuerleben“. Dies wird nicht nur ein Meilenstein in der Gravitationswellenastronomie sein, sondern auch ein beispielloses Labor zur Prüfung der Anwendbarkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie unter extrem starken Gravitationsfeldern und zum Verständnis des Wachstumsmechanismus von Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien bieten.
Relevante Forschungsergebnisse wurden am 27. März 2026 in den „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“ in Form eines Artikels mit dem Titel „Detection of a Second Jet Within the Nuclear Core of Mrk 501“ veröffentlicht. Als eine Arbeit, die Durchbrüche in der Radiointerferometrie, der Langzeitsequenzanalyse und der Interpretation des Gravitationslinseneffekts erzielt hat, gilt diese Entdeckung als Schlüsselbeweis für das Verständnis, wie supermassive Schwarze Löcher durch Verschmelzungen ein „Sprungsprungwachstum“ erreichen, und weist auch den Weg für zukünftige Gravitationswellenbeobachtungen zur Lokalisierung der spezifischen Quelle.