Unsichtbarer Begleiter: Astronomen haben das erste latente stellare Schwarze Loch außerhalb der Milchstraße entdeckt. Das unsichtbare Relikt eines massereichen Sterns befindet sich in der Großen Magellanschen Wolke, einem nahen Nachbarn unserer Galaxie. Das Schwarze Loch, das eine Masse von etwa neun Sonnenmassen hat, wurde durch seinen Gravitationseinfluss auf einem hellen, massereichen Paarstern entdeckt. Auch spannend: Ohne eine Supernova hätte dieses Schwarze Loch direkt aus dem Kollaps seines Muttersterns entstehen können, wie das Team in „Nature Astronomy“ berichtet.
Schwarze Sternlöcher entstehen, wenn massereiche Sterne am Ende ihres Lebenszyklus in einer Supernova explodieren und ihr Kern sinkt. Theoretisch sollte es in unserer Milchstraße nur Millionen von stellaren Schwarzen Löchern geben. Bislang konnten Astronomen jedoch nur einige von ihnen direkt nachweisen, die meisten durch Gravitationswellen, die beim Zusammenstoß zweier Schwarzer Löcher freigesetzt werden.
Suchen Sie nach einem unsichtbaren Begleiter
Diese stellaren Schwarzen Löcher werden meist nur dann direkt wahrgenommen, wenn sie aktiv Materie ansaugen, beispielsweise von einem Begleitstern. Dieses Material setzt dann hochenergetische Röntgenstrahlen frei, die die Existenz des unsichtbaren Paares offenbaren. „Aber die wenigen bekannten hellen Röntgendoppelsterne dieser Art sind nur die Spitze des Eisbergs“, erklären Tomer Shenar von der Katholischen Universität Leuven in Belgien und seine Kollegen. Denn viele weitere stellare Schwarze Löcher sind vermutlich inaktiv und damit im Röntgenbereich unsichtbar.
Das Forschungsgebiet war der etwa 160.000 Lichtjahre entfernte Tarantelnebel. ©ESO
Genau nach diesen inaktiven Schwarzen Löchern haben Shenar und sein Team gesucht. Als Suchgebiet wählten sie den Tarantelnebel in der Großen Magellanschen Wolke, der besonders viele massereiche Sterne und Doppelsternsysteme enthält. Astronomen suchten dort gezielt nach Sternen, deren Bewegungen auf die Anwesenheit eines unsichtbaren, schweren Paares hindeuteten. Dazu werteten sie Daten des hochauflösenden Spektrographen FLAMES des Very Large Telescope am European Observatory in Südchile aus.
Stellare Bewegung offenbart ein Schwarzes Loch
Tatsächlich wurden Astronomen fündig: Sie entdeckten auffällige periodische Bewegungen in einem heißen, bläulichen Stern mit einer Masse von 25 Sonnenmassen. Sie schlagen vor, dass dieser Stern ein unsichtbares Paar hat und dass sie sich alle 10,4 Tage einmal umkreisen. „Obwohl die Bewegung des Primärsterns im Spektrum deutlich sichtbar ist, konnten wir in den Spektraldaten keine Signatur des zweiten Objekts identifizieren“, berichtet das Team.
Daher kann das Paar dieses Sterns kein normaler Stern oder ein anderes Objekt sein, das intensiver strahlt. Die Bewegungen des Primärsterns zeigen jedoch, dass sein unsichtbarer Begleiter 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.
Extragalaktisch und dabei, eine zweite Transformation zu durchlaufen
Sollte dies bestätigt werden, wäre das VFTS 243 genannte System nicht nur ein Neuling unter den stellaren Schwarzen Löchern, sondern auch das erste außerhalb der Milchstraße entdeckte latente Schwarze Loch. Denn es gibt keine Röntgenstrahlen ab, die auf eine aktive Akkumulation hindeuten. „Bisher wurde außerhalb unserer Galaxie kein anderes stilles schwarzes Röntgenloch entdeckt“, sagen Astronomen. Im Fall von VFTS 243 deutet jedoch alles darauf hin, dass es sich um dieses System handelt.
Und seine Analysen zeigen noch etwas: Der massereiche, blaue Primärstern hat offenbar viel von seinem Vorgängerstern abgezogen, bevor sich sein Partner in ein Schwarzes Loch verwandelte. Sein aktueller Zustand deutet darauf hin, dass es in den nächsten fünf Millionen Jahren ebenfalls zu einem Schwarzen Loch werden könnte. Dann gäbe es ein System aus zwei Schwarzen Löchern im nahen Orbit. Milliarden Jahre später könnten sich die beiden so nahe kommen, dass sie kollidieren und verschmelzen.
Formatieren ohne Supernova?
Auch spannend: Das neu entdeckte Schwarze Loch könnte anders entstanden sein als viele seiner „Kegelspezies“. Traditionell passiert dies, wenn sich ein sterbender Stern zuerst ausdehnt und dann sein Kern durch sein eigenes Gewicht 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 kollabiert zu sein, ohne Hinweise auf eine frühere Explosion“, berichtet Shenar. “Die jüngsten Beweise für dieses direkte Zusammenbruchszenario waren reichlich vorhanden, aber unsere Studie liefert sicherlich einen der direktesten Hinweise.” (Naturastronomie, 2022; doi: 10.1038 / s41550-022-01730-y)
Quelle: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Southern European Observatory (ESO)
19. Juli 2022
– Nadja Podbregar