Ein internationales Team von Astronomen beansprucht die erste eindeutige Entdeckung eines ruhenden Schwarzen Lochs jenseits unserer eigenen Galaxie. Es scheint sich ohne eine begleitende Supernova gebildet zu haben, was die Tür zum Verständnis solcher „direkter Kollaps“-Szenarien öffnet.
Schwarze Löcher sind das letzte Kapitel im Leben der massereichsten Sterne. Wir finden sie oft, wenn sie Teil eines binären Systems sind, gefangen in einem Gravitationstanz mit einem massiven Stern. Das Schwarze Loch offenbart sich, indem es Material von seinem Nachbarn aufsaugt und dabei intensive Röntgenstrahlen aussendet. Gelegentlich kann das Schwarze Loch jedoch ruhen oder „röntgenruhig“ sein. Bisher wurde jenseits der Milchstraße kein röntgenruhiges Schwarzes Loch beobachtet. „Wir haben eine Nadel im Heuhaufen identifiziert“, sagt Tomer Shenar (KU Leuven, Belgien), der die in Nature Astronomy erschienene Studie leitete.
Shenars Team durchsuchte fast 1.000 Sterne im Tarantelnebel in der Großen Magellanschen Wolke, einer Satellitengalaxie unserer eigenen Milchstraße, auf der Suche nach ruhenden Schwarzen Löchern. Sie fanden genau eines, indem sie sechs Jahre nicht aufeinanderfolgender Daten des Very Large Telescope analysierten, wobei einige Beobachtungen bis ins Jahr 2008 zurückreichen. In einem System namens VFTS 243 umkreist das behauptete Schwarze Loch einen massiven blauen Stern.
Zu zeigen, dass ein binäres System ein ruhendes Schwarzes Loch enthält, ist notorisch schwierig, weil das System ein anderes dunkles Objekt mit der gleichen Masse enthalten könnte. Tatsächlich ist das Team hinter dieser Entdeckung bekannt dafür, die Behauptungen anderer Astronomen kalt zu stellen. „Als Forscher, der in den letzten Jahren potenzielle Schwarze Löcher entlarvt hat, war ich äußerst skeptisch gegenüber dieser Entdeckung“, sagt Shenar. Ihre Behauptung zu untermauern erforderte ein wenig Detektivarbeit.
Nach Messung der Umlaufzeit des Doppelsternpaars und der Geschwindigkeit des massereichen Sterns kam Shenars Team zu dem Schluss, dass die Masse des verborgenen Begleiters zwischen 7,2 und 10,1 Sonnen liegt.
Als nächstes nahmen sie detaillierte Spektren des Systems auf. Das Spektrum eines Sterns ist übersät mit Absorptionslinien, Lücken, in denen verschiedene chemische Elemente innerhalb des Sterns diese bestimmte Lichtwellenlänge geschluckt haben. Durch vorsichtiges Entfernen des Spektrums des massereichen Sterns blieb ihnen das Spektrum des Begleiters des Sterns.
Entscheidend ist, dass das Licht des Begleiters keine Absorptionslinien oder spektralen Merkmale enthält, die Sie mit einem gewöhnlichen Stern in Verbindung bringen würden. In Verbindung mit der hohen Masse des Objekts deutet dies darauf hin, dass das Licht nicht von einem Stern stammt, sondern von der Materie, die in ein Schwarzes Loch fällt. Shenars Team führte auch Modellierungsarbeiten durch, um zu sehen, ob das beobachtete Spektrum durch einen Zwergstern, einen Heliumstern, erklärt werden könnte oder sogar zwei Sterne, wobei festgestellt wurde, dass jedes dieser Szenarien zu beobachtbaren Merkmalen im Spektrum führen würde.
Fliegen Sie in die Große Magellansche Wolke, eine Satellitengalaxie der Milchstraße, in der sich der Tarantelnebel befindet. Innerhalb des Tarantelnebels befindet sich das Binärsystem VFTS 243, in dem dieses Video schließlich endet. ESO / Digitized Sky Survey 2 / N. Risinger / R. Gendler / ESO / M.-R. Cioni / VISTA Magellansche Wolke-Umfrage. Danksagung: Cambridge Astronomical Survey Unit. Musik: John Dyson
Angesichts der Geschichte der diskreditierten Entdeckungen ruhender Schwarzer Löcher wollte Shenar sich des Ergebnisses absolut sicher sein, also bat er Kareem El-Badry (Harvard & Smithsonian), sich seine Arbeit genauer anzusehen. „Wann [Shenar] bat mich, seine Ergebnisse noch einmal zu überprüfen, hatte ich meine Zweifel. Aber ich konnte keine plausible Erklärung für die Daten finden, die kein Schwarzes Loch beinhalteten“, sagt El-Badry.
Wenn es sich tatsächlich um ein Schwarzes Loch handelt, gibt es keine Anzeichen für die Überreste der Supernova-Explosion, die seine Entstehung begleitet hätte. „Beweise für dieses ‚direkte Kollaps‘-Szenario sind in letzter Zeit aufgetaucht, aber unsere Studie liefert wohl einen der direktesten Hinweise“, sagt Shenar. Allerdings gehen die meisten Modelle derzeit davon aus, dass Sterne eine Masse von 20 Sonnen oder mehr benötigen, um zu funktionieren direkt zusammenbrechen, es ist also kein Fall zum Öffnen und Schließen.
Das Szenario eines direkten Zusammenbruchs wird jedoch durch die Tatsache unterstützt, dass der blaue Stern seinen unsichtbaren Begleiter auf einer nahezu kreisförmigen Umlaufbahn umkreist. Als das Schwarze Loch kollabierte, muss es auf symmetrische Weise geschehen sein, ohne den „Kick“, den Supernovae kollabierten Kernen verleihen.
„Wenn wir mehr dieser Art von Doppelstern mit kreisförmigen Umlaufbahnen finden, deutet dies darauf hin, dass ein direkter Kollaps ein üblicher Weg für einen schweren Stern ist, um sein natürliches Leben zu beenden“, sagt Roger Blanford (Stanford University), der nicht an der Forschung beteiligt war . „Das wäre hilfreich, da es viele Lücken in unserem Verständnis der Mechanik von Supernova-Explosionen gibt.“
