Tatsächlich sollte es Millionen von stellaren Schwarzen Löchern in der Milchstraße geben: Relikte massereicher Sterne. Bisher sind jedoch nur wenige bekannt, da sie unsichtbar und schwer zu finden sind. Nun ist es möglich, dass Astronomen in der Großen Magellanschen Wolke ein stellares Schwarzes Loch entdeckt haben. Es wurde durch seine Anziehungskraft auf ein helles, massereiches Sternpaar sichtbar. An ihren Bewegungen lässt sich erkennen, dass es sich bei dem unsichtbaren Paar um ein inaktives Schwarzes Loch mit einer Masse von neun Sonnenmassen handelt. Sollte dies bestätigt werden, wäre dies die erste Entdeckung eines latenten stellaren Schwarzen Lochs außerhalb der Milchstraße.
Schwarze Sternlöcher entstehen, wenn massereiche Sterne das Ende ihres Lebenszyklus erreichen und unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenbrechen. Die Existenz dieser Schwarzen Löcher wird unter anderem durch den Nachweis von Gravitationswellen belegt, die freigesetzt werden, wenn zwei dieser Schwarzen Löcher kollidieren und verschmelzen. Aber der direkte Nachweis dieser massiven stellaren Relikte ist viel schwieriger. Da sie unsichtbar sind, fallen diese stellaren Schwarzen Löcher nur auf, wenn sie Materie aufsaugen, zum Beispiel von einem Begleitstern. Dieses Material sendet dann hochenergetische Röntgenstrahlen aus, die die Existenz des Schwarzen Lochs enthüllen. Bisher sind jedoch nur einige dieser Doppelsternsysteme aus einem Stern und einem aktiven Schwarzen Loch bekannt. Es ist sogar noch schwieriger, diese stellaren Schwarzen Löcher zu entdecken, wenn sie latent sind und keine Röntgenstrahlen aus ihrer Umgebung emittiert werden.
Suchen Sie nach unsichtbaren Begleitern
„Wir suchen seit über zwei Jahren nach diesen Schwarzen Löchern und Doppelsternsystemen“, sagt Co-Autorin Julia Bodensteiner vom Southern European Observatory (ESO) in Garching. Astronomen wählten für ihre Studie den Tarantelnebel, ein Gebiet der Großen Magellanschen Wolke, in dem es besonders viele massereiche Sterne und Doppelsternsysteme gibt. Unter Verwendung von Beobachtungsdaten aus sechs Jahren des Very Large Telescope der ESO in Chile suchten sie gezielt nach Sternen, deren Bewegungen auf die Anwesenheit eines unsichtbaren, schweren Paars hindeuteten. Mithilfe des hochauflösenden FLAMES-Spektrographen konnten Forscher um Erstautor Tomer Shenar von der Katholischen Universität Leuven in Belgien diese Bewegungen anhand kleiner Schwankungen im Lichtspektrum von Sternen identifizieren.
Bei einem der Sterne wurde das Team fündig: ein heißer, bläulicher Stern mit einer Masse von etwa 25 Sonnenmassen, offenbar Teil eines Doppelsternsystems mit einem verborgenen Partner, wie von Astronomen bestimmt. Die beiden Partner umkreisen sich gegenseitig mit einer Umlaufzeit von 10,4 Tagen. „Obwohl die Bewegung des Primärsterns im Spektrum deutlich sichtbar ist, konnten wir in den Spektraldaten keine Signatur des zweiten Objekts identifizieren“, berichten Astronomen. Daher kann dieses Paar kein normaler Stern oder irgendein anderes Objekt sein, das intensiver strahlt. Die Bewegungen des sichtbaren Sterns zeigen jedoch, dass sein Paar eine Masse von mindestens neun Sonnenmassen haben muss; Daher ist es in Reichweite eines kleinen stellaren Schwarzen Lochs. Laut Astronomen ist dies daher die plausibelste Erklärung für ihre Beobachtungen. „Wir haben eine Nadel in einer Scheune gefunden“, sagt Shenar.
Inaktives Schwarzes Loch jenseits unserer Galaxie
Wenn dies bestätigt wird, wäre das VFTS 243 genannte System nicht nur eine neue Ergänzung zu den wenigen bisher bekannten Doppelsystemen aus schwarzen Sternenlöchern, sondern auch das erste latente stellare Schwarze Loch, das außerhalb der Milchstraße entdeckt wurde. „Als Tomer mich bat, seine Ergebnisse zu überprüfen, hatte ich meine Zweifel. Aber ich konnte keine plausible Erklärung für die Daten finden, die kein Schwarzes Loch beinhalten“, sagt Co-Autor Kareem El-Badry vom Center for Astrophysics | Harvard and Smithsonian in den USA. Er hat bereits mehrere angebliche Funde aufgedeckt von Schwarzen Löchern als Dieses Mal ist er jedoch auch überzeugt, erklärt er, also gebe es keinen Hinweis darauf, dass es sich um ein anderes Objekt handele, während der primäre Materieausgang der kleinen Materie auch zu einem latenten Schwarzen Loch als Partner passe.
Die Entdeckung bietet auch neue Einblicke in die Prozesse, durch die diese Schwarzen Löcher aus massereichen Muttersternen entstehen. Herkömmliche Weisheit sagt, dass dies geschieht, wenn sich der sterbende Stern zuerst ausdehnt und dann sein Kern unter dem Gewicht seines eigenen Gewichts zusammenbricht. Normalerweise löst dieser Kernkollaps eine Supernova aus, so die Annahme. Es gibt jedoch zunehmend Hinweise darauf, dass einige Sterne direkt in nicht explodierte Schwarze Löcher kollabieren können. Genau das könnte auch für den kürzlich entdeckten Vertreter der Fall gewesen sein: „Der Stern, der das Schwarze Loch in VFTS 243 bildete, scheint vollständig zusammengebrochen zu sein, ohne Anzeichen einer früheren Explosion“, berichtet Shenar. “Die jüngsten Beweise für dieses direkte Zusammenbruchszenario waren reichlich vorhanden, aber unsere Studie liefert sicherlich einen der direktesten Beweise.”
Welche: Tomer Shenar (KU Leuven) et al., Nature Astronomy, doi: 10.1038 / s41550-022-01730-y
© wissenschaft.de – Nadja Podbregar