Erstmals massearmes Schwarzes Loch entdeckt

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Künstlerische Darstellung eines massearmen Schwarzen Lochs, als Begleiter eines fernen Roten Riesen (Illu.). Copyright: Ohio State / Jason Shults

Künstlerische Darstellung eines massearmen Schwarzen Lochs, als Begleiter eines fernen Roten Riesen (Illu.).
Copyright: Ohio State / Jason Shults

Columbus (USA) – US-Astronomen haben erstmals direkte Hinweise auf ein massearmes und damit vergleichsweise kleines Schwarzes Lochs und damit einer neuen Kategorie dieser extremen Himmelskörper gefunden.

„Schwarze Löcher sind ein wichtiger Teil der Astrophysik und helfen uns, das Universum zu verstehen“, erläutert Professor Todd Thompson von der Ohio State University zu der aktuell von seinem Team im Fachjournal “Science“ (DOI: 10.1126/science.aau4005) beschriebenen Entdeckung. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass es neben den bereits bekannten massereichen und supermassereichen Schwarzen Löchern noch eine weitere, bislang übersehene Kategorie von Schwarzen Löchern gibt“.

Hintergrund
Im Gegensatz zu ihrer Bezeichnung, handelt es sich bei Schwarzen Löcher nicht um klassische Löcher in der Raum-Zeit, sondern um Objekte, deren Masse derart extrem auf ein Kleinstvolumen komprimiert wurde, dass ihre Schwerkraft so extrem ist, dass sämtliche Materie und selbst das Licht ab einer bestimmten Distanz (dem sog. Ereignishorizont) nicht mehr entfliehen kann und vom dem Objekt wie von einem alles verschlingenden Abfluss angezogen wird. Schwarze Löcher entstehen am Ende der Lebensspanne von massereichen Sternen, wenn sich deren Masse unter ihrem eigenen Gewicht nach der Sternenexplosion auf einem Minimum komprimiert. Reicht die einstige Sternenmasse nicht aus, um ein Schwarzes Loch zu gebären, wird das Ergebnis dieses Prozesses als Neutronenstern bezeichnet.

Um die Entstehung Schwarzer Löcher zu verstehen, sind Astronomen zunächst darum bemüht, möglichst alle Schwarzen Löcher in unserer Milchstraße zu kennen. Doch eine solche Zählung kann natürlich auch nur dann erfolgreich sein, wenn genau bekannt ist, wonach man überhaupt suchen muss – sprich: in welchen Formen Schwarze Löcher existieren.

Für gewöhnlich suchen Astronomen nach Schwarzen Löchern anhand der Röntgenstrahlung, die diese Objekte abgeben, wenn Materie (etwa die naher Sterne) in sie hineinstürzt oder anhand von Gravitationswellen, die bei der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher oder zweier Neutronensterne entstehen.

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Das Team um Thompson hat sich zunächst die Frage gestellt, ob es auch Schwarze Löcher von geringer Masse, sozusagen kleine bzw. Mini-Schwarze Löcher, geben könnte, die ihre Existenz dann auch nicht in Form von Röntgensignalen verraten würden.

Tatsächlich wurden solche kleinen, massearmen Schwarzen Löcher hypothetisch schon angedacht – etwa als entfernte Begleitobjekte eines Sterns innerhalb eines Binärsystems. In einem solchen Fall blieben derartige Schwarze Löcher für Astronomen nahezu unsichtbar. „Wir sind uns ziemlich sicher, dass es sogar viele solcher Objekte in Binärsystemen gegeben muss, dass wir sie bislang nur noch nicht entdeckt haben, weil sie so schwer zu finden sind“, erläutert Thompson weiter.

Und tatsächlich haben die Astronomen in Daten des “Apache Point Observatory Galactic Evolution Experiment” (APOGEE) Hinweise auf mindestens einen Stern gefunden, der offenbar einen nicht-sichtbaren Begleiter umkreist bzw. gemeinsam mit diesem ein Doppelsystem bildet.

Bei diesem Stern handelt es sich um einen schnell rotierenden roten Riesenstern in einer Galaxie in der Nähe des Sternbilds Fuhrmann (Auriga), rund 10.000 Lichtjahre von der Milchstraße entfernt. Die Forscher schätzen die Masse des Begleitobjekts auf das 3,3-fache unserer Sonne. Damit wäre es zu massereich für einen Neutronenstern, aber nicht massereich genug, um mit einem der bislang bekannten Arten Schwarzer Löcher erklärt werden zu können. Zum Vergleich: Der schwerste bislang bekannte Neutronenstern besitzt gerade einmal das 2,1-fache der Masse unserer Sonne und das kleinste bzw. leichteste bekannte Schwarze Loch bringt sechs Sonnenmassen auf die Waage. Zugleich zeigen Simulationen und Berechnungen, dass das neu entdeckte Objekt auf jeden Fall mindestens 2,6 Sonnenmassen schwer sein muss, was der maximalen Obergrenze von Neutronensternen entspricht, bevor sie statt zu einem Neutronenstern zu einem Schwarzen Loch kollabieren.

„Bei diesem ‚dunklen Objekt‘ könnte es sich also auch um den bislang massereichsten Neutronenstern an deren maximaler Massengrenze handeln“, erläutert Thompson, „doch alles spricht dafür, dass es sich vielmehr um das erste überhaupt entdeckte massearme Schwarze Loch handelt.“

Von zukünftigen Beobachtungen des Systems, etwa durch die europäische Gaia-Mission, erhoffen sich die Astronomen nun noch genauere Daten anhand derer sie die Masse des „dunklen Objekts“ noch genauer bestimmen können.

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Quelle: Ohio State University

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