Im Netz gefangen: Schwarze Löcher im Tarantelnebel verschmelzen

Die Illustration zeigt das Ergebnis einer Simulation. Zwei Schwarze Löcher verschmelzen vor dem Hintergrund des Tarantelnebels in der Großen Magellanschen Wolke. Das Ereignis ist fiktiv.
Bildcredit und Bildrechte: Artwork: Carl Knox OzGrav, Technische Universität Swinburne; Astrofotografie: Blake Estes und Christian Sasse, iTelescope.net; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie können wir etwas sehen, das eigentlich unsichtbar ist? Schwarze Löcher sind in der dunklen kosmischen Nacht nicht leicht erkennbar. Aber in der Astronomie kann man sie aufspüren, indem man die Auswirkung ihrer Gravitation auf Materie, Licht und die Raumzeit erforscht.

Für diese Illustration simulierte man ein System aus zwei Schwarzen Löchern bei seinem finalen „Tanz“ und kombinierten es mit einer lang belichteten Aufnahme des Tarantelnebels, die dahinter gelegt wurde. Schwarze Löcher senden zwar selbst kein Licht aus. Doch sie krümmen den Pfad der Lichtstrahlen. Dabei wirken sie wie eine Gravitationslinse, die den Nebel extrem verzerrt. Das führt zu sogenannten Einsteinringen und Mehrfachbildern.

Der Tarantelnebel liegt in der Großen Magellanschen Wolke. Sie ist eine Zwerggalaxie und eine Satellitengalaxie unserer Milchstraße, die rund 160.000 Lichtjahre entfernt ist. Damit wäre dieses Ereignis mehr als 1.000-mal näher als jede Verschmelzung von binären Schwarzen Löchern, die man bisher beobachtet hat. Vermutlich sehen wir niemals eine Verschmelzung so nah an unserer galaktischen Heimat!

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Schwarze Löcher, Neutronensterne: 218 verschmolzen

Das Raster zeigt die Verschmelzungen von 218 massereichen Objekten, die meisten davon sind Schwarze Löcher. Es sind alle Ereignisse, die bisher von der Kollaboration LIGO, VIRGO und KAGRA veröffentlicht wurde.
Bildcredit: Ryan Nowicki, Bill Smith und Karan Jani; Text: Cecilia Chirenti (NASA GSFC, UMCP, CRESST II)

Wie klingt es, wenn zwei Schwarze Löcher in den Tiefen des Weltraums verschmelzen? Schallwellen breiten sich im Vakuum nicht aus, Gravitationswellen hingegen schon. Im Jahr 2015 konnten wir sie zum ersten Mal „hören“. Das bestätigte eine von Albert Einsteins theoretischen Vorhersagen.

Jedes Quadrat im Raster zeigt eine Messung von Gravitationswellen. Das Bild zeigt alle bisher veröffentlichten Ergebnisse der Arbeitsgruppe aus LIGO, VIRGO, und KAGRA. Die Diagramme in den Einzelbildern zeigen, wie ein binäres Paar auf einer Bahn umeinander kreist und zur Verschmelzung hin schneller wird. Die Frequenz steigt an. Das bezeichnet man als „Zwitschern“ (Chirp).

Es gibt zwar deutlich mehr Neutronensterne als Schwarze Löcher. Doch bei den meisten Messungen verschmolzen binäre Schwarze Löcher. Das liegt daran, dass Schwarze Löcher schwerer sind. Ihre Signale sind „lauter“. Man kann sie aus größerer Entfernung wahrnehmen, was zu mehr Entdeckungen führt. Solche Ereignisse sind selten. Wir erwarten nicht, in nächster Zeit eines in der Nähe unserer Galaxis zu beobachten. Doch sie finden kontinuierlich überall im Kosmos statt.

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Der einsame Baum beim Schwan

Hinter einem einsamen Baum am Horizont ist der dunkle Himmel von einer leuchtenden Gaswolke flammend rot gefärbt.
Bildcredit und Bildrechte: 2025 Horacio Lander / AstroHoracio; Text: Keighley Rockcliffe (NASA GSFC, UMBC CSST, CRESST II)

Im spanischen Guadalajara steht ein Baum allein auf einer stillen Wiese. Seine Silhouette zeichnet sich vor der feurigen Cygnus-Region ab, die dahinter wie Flammen am Nachthimmel aufragt. Die detailreiche Landschaft am Nachthimmel entstand aus mehreren Aufnahmen. Sie zeigt eine Bandbreite an Helligkeit und Farbe, die Menschen mit bloßen Augen so nicht sehen können.

Die Region ist am Himmel so breit wie tausend Vollmonde. Der Schwan entfacht ein Feuer aus aktiver Sternbildung. Wolken aus Gas und Staub kollabieren dort unter dem Druck ihrer Schwerkraft, bis die Kernfusion zündet und neue Sterne entstehen. Diese Sterne ionisieren den Wasserstoff in ihrer Umgebung und entfachen ein tiefrotes Leuchten. Ranken aus interstellarem Staub absorbieren einen Teil dieses Lichts und ziehen dunkle Schatten.

Der Schwan ist eine wahre Fundgrube himmlischer Schätze. Dazu gehören der Schleier-, der Sichel– und der Pelikannebel sowie Cygnus X-1, das erste bestätigte Schwarze Loch. Aus der Region im Schwan kommen weiterhin neue wissenschaftliche Erkenntnisse. Dazu zählt ein neues 3D-Modell der Cygnus-Schleife. Das Röntgenteleskop Chandra machte es möglich.

Portal ins Universum: APOD-Zufallsgenerator

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NGC 1275 im Perseus-Galaxienhaufen

Viele elliptische Galaxien füllen das Bild, nur einige wenige haben eine Spiralstruktur. In der Mitte ist eine besonders auffällige Galaxie, weil rote und blaue Fäden von ihr ausgehen. Es ist die aktive Galaxie NGC 1275 im Perseus-Galaxienhaufen.

Bildcredit und Bildrechte: Michal Wierzbinski, Hellas-Sky

Die aktive Galaxie NGC 1275 ist das zentrale große Mitglied im großen Perseus-Galaxienhaufen, der relativ nahe ist. Schon im sichtbaren Licht erscheint sie fast „wild“. Die aktive Galaxie ist eine gewaltige Quelle für Röntgenstrahlung und Radiowellen. NGC 1275 sammelt Materie an, indem ganze Galaxien in sie hineinfallen. Sie speisen am Ende ein sehr massereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie.

Dieses scharfe Teleskopbild entstand aus Schmalband-Bilddaten. Sie betonen die galaktischen Trümmer und Filamente aus leuchtendem Gas, die bei dem Tumult entstehen. Einige davon sind bis zu 20.000 Lichtjahre lang. Die Filamente in NGC 1275 bleiben bestehen, obwohl die heftigen galaktischen Kollisionen sie eigentlich zerstören müssten.

Was hält diese Filamente zusammen? Die Aktivität des Schwarzen Lochs drückt die Strukturen vom dem Zentrum der Galaxie nach außen. Es gibt Hinweise aus Beobachtungen, dass Magnetfelder diese Strukturen stabilisieren. NGC 1275 ist auch als Perseus A bekannt. Sie ist mehr als 100.000 Lichtjahre breit und etwa 230 Millionen Lichtjahre entfernt.

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Webb zeigt die Balkenspiralgalaxie NGC 1365

Der helle Kern der Balkenspiralgalaxie NGC 1365 im Sternbild Chemischer Ofen ist von Spiralarmen umgeben, die hier etwas zerfleddert wirken, weil das Bild mit dem Infrarotteleskop James Webb aufgenommen wurde.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, Janice Lee (NOIRLab) – Bearbeitung: Alyssa Pagan (STScI)

NGC 1365 ist eine gewaltige Balkenspiralgalaxie im südlichen Sternbild Chemischer Ofen (Fornax). Sie ist nur 56 Millionen Lichtjahre entfernt und etwa 200.000 Lichtjahre breit. Damit ist ihr Durchmesser etwa doppelt so groß wie der unserer Balkenspiralgalaxie, der Milchstraße.

Das Bild entstand mit dem Mid-Infrared Instrument (MIRI) am Weltraumteleskop James Webb und ist gestochen scharf. Es zeigt atemberaubende Details der prächtigen Spirale im Infrarotlicht. Das Sichtfeld von Webb zeigt einen etwa 60.000 Lichtjahre breiten Ausschnitt von NGC 1365. Es erforscht dabei den Kern der Galaxie und helle, neu entstandene Sternhaufen. Junge Sterne in den Spiralarmen erzeugen das komplexe Netzwerk aus staubigen Filamenten und Blasen. Die Arme winden sich vom zentralen Balken der Galaxie nach außen.

Astronom*innen vermuten, dass das Gravitationsfeld des Balkens von NGC 1365 eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Galaxie spielt. Es leitet Gas und Staub in einen Strudel aus Sternbildung und speist schließlich Material in das zentrale, sehr massereiche Schwarze Loch der aktiven Galaxie.

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Rätsel: Kleine rote Punkte im frühen Universum

Sechs Einzelbilder in zwei Reihen von je drei Bildern. Auf jedem Bild ein unscharfer roter Punkt auf schwarzem Hintergrund und zwei Zeilen Text am jeweils oberen Rand.

Bildcredit: NASA, ESA, CSA, STScI, JWST; Dale Kocevski (Colby College)

Was sind diese kleinen roten Punkte? Niemand kennt die Antwort auf diese Frage. Astronom*innen entdeckten sie erst im letzten Jahr. Inzwischen fanden sie mit dem Weltraumteleskop James Webb Hunderte kleine rote Punkte im frühen Universum.

Kleine rote Punkte leuchten extrem schwach. Man findet sie regelmäßig auf lang belichteten Aufnahmen, die für andere Zwecke gemacht werden.

Derzeit diskutieren Fachleute darüber, was die kleinen roten Punkte sind und welche Bedeutung sie wohl haben. Mögliche Erklärungen sind: extrem massereiche Schwarze Löcher in Gas- und Staubwolken, auf die Materie einströmt; Ausbrüche von Sternbildung in jungen Galaxien, die durch Staub gerötet sind; und schließlich Gaswolken, die von dunkler Materie gespeist werden.

Diese Bilder zeigen sechs kleine rote Punkte, die fast strukturlos sind. Bei jedem steht der Name des JWST-Programms, bei dem sie entdeckt wurden. Außerdem steht bei allen der Wert ihrer kosmologischen Rotverschiebung z. Sie ist ein Maß für die Entfernung. Forschende suchen außerdem im nahen Universum nach den Objekten, die aus früheren kleinen roten Punkten entstanden sein könnten.

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Visualisierung: Umfeld und Scheibe eines Schwarzen Lochs

Horizontal verläuft ein strukturiertes orangefarbenes Band. In der Mitte ist die Milchstraße zu sehen. Sie krümmt sich bis zum oberen Bildrand. Ein zweites Bild des orangefarbenen Bandes verläuft wie eine Sinuswelle über die untere Hälfte des Bildes, während ein zweites Bild der Milchstraße direkt darüber erscheint.

Visualisierungscredit: GSFC der NASA, J. Schnittman und B. Powell; Text: Francis J. Reddy (U. Maryland, NASA’s GSFC)

Wie sieht es aus, wenn man in ein gigantisches Schwarzes Loch stürzt? Dieses Bild ist eine Visualisierung mit Supercomputern. Es zeigt den ganzen Himmel aus der Sicht einer simulierten Kamera, die in ein Schwarzes Loch mit 4 Millionen Sonnenmassen stürzt. Das Schwarze Loch ist ähnlich wie jenes im Zentrum unserer Galaxis.

Die Kamera ist etwa 16 Millionen Kilometer vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs entfernt. Sie rast mit 62 Prozent der Lichtgeschwindigkeit nach innen. Die Gravitation führt zu Zerrspiegel-Effekten. Dadurch erscheint das Sternband der Milchstraße doppelt: als kompakte Schleife am oberen Rand und als Sekundärbild im unteren Teil des Bildes.

Der Mauspfeil über dem Bild zeigt zusätzliche Erklärungen. Mit solchen Visualisierungen kann man Schwarze Löcher auf eine Weise erforschen, die sonst nicht möglich wäre.

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M77: Spiralgalaxie mit aktivem Zentrum

Die aktive Galaxie M77 im Sternbild Walfisch füllt dieses Bild. Markante Staubspuren in den Spiralarmen sind von rötlichen Sternbildungsregionen und blauen Sternhaufen gesäumt. Das Zentrum leuchtet gelblich. Die Erscheinung der Galaxie ist sehr dicht.

Bildcredit: Hubble, NASA, ESA, L. C. Ho, D. Thilker

Was passiert im Zentrum der nahen Spiralgalaxie M77? Wir sehen die Galaxie ist von oben. Sie ist nur 47 Millionen Lichtjahre entfernt und liegt im Sternbild Walfisch (Cetus). Bei dieser Entfernung hat die schöne Inselwelt einen Durchmesser von etwa 100.000 Lichtjahren.

M77 ist auch als NGC 1068 bekannt. Sie hat einen kompakten und sehr hellen Kern. Astronom*innen erforschen dort die Geheimnisse massereicher Schwarzer Löcher in aktiven Seyfert-Galaxien. M77 und ihr aktiver Kern strahlen hell in einem breiten Spektrum. Es reicht von Röntgen– und Ultraviolettstrahlung bis hin zu sichtbarem Licht, Infrarot und Radiowellen.

Dieses scharfe Bild von M77 stammt vom Hubble-Weltraumteleskop von NASA und ESA. Es zeigt Details der gewundenen Spiralarme, die von roten Staubwolken und blauen Sternhaufen gesäumt werden. Alles umkreist das helle, weiße, leuchtende Zentrum der Galaxie.

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