SUPERNOVAE

Entlarver von Schwarzen Löchern entdecken einen schlafenden Riesen

Ein heißer blauer Stern umkreist in dieser Simulation des VFT 243-Systems ein Schwarzes Loch.
ESO/L. Calçada

Sechs Jahre lang durchkämmten Astronomen den Tarantula-Nebel auf der Suche nach der schwer fassbaren Beute: einem ruhenden Schwarzen Loch.

Obwohl es sich um massive Objekte handelt, können Schwarze Löcher mit stellarer Masse unglaublich schwer zu erkennen sein, da sie – wie ihr Name schon sagt – kein Licht ausstrahlen. Stattdessen müssen sich Wissenschaftler auf indirekte Beobachtungen verlassen und nach dem Verhalten naher Materie suchen, um auf ihre Anwesenheit zu schließen. Die einfachste Methode besteht darin, nach der hohen Röntgenstrahlung zu suchen, die von dem Material erzeugt wird, an dem sich das Schwarze Loch frisst, einer sogenannten Akkretionsscheibe.

Forscher vermuten, dass sich in unserer Lokalen Gruppe von Galaxien Milliarden von Schwarzen Löchern mit stellarer Masse befinden – von denen 100 Millionen allein in der Milchstraße geschätzt werden – eine weitaus größere Anzahl als die Anzahl der derzeit bekannten Schwarzen Löcher. Wenn die meisten dieser Schwarzen Löcher mit stellarer Masse röntgenleise wären, das heißt, sie hätten keine Akkretionsscheibe, die Licht aussendet, wären sie unglaublich schwer zu erkennen.

Als ein Team internationaler Experten, die dafür bekannt sind, Entdeckungen von Schwarzen Löchern zu widerlegen, auf ein ruhendes Schwarzes Loch gestoßen sind, konnten sie es daher kaum glauben.

„Wir haben eine ‚Nadel im Heuhaufen‘ identifiziert“, sagte Studienleiter Tomer Shenar in einer Pressemitteilung. „Zum ersten Mal kam unser Team zusammen, um über die Entdeckung eines Schwarzen Lochs zu berichten, anstatt eines abzulehnen.“ Ihre Ergebnisse wurden am 18. Juli in Nature Astronomy veröffentlicht.

Kein Feuerwerk für dieses Monster

Um dieses ruhende Schwarze Loch zu finden, untersuchte das Team fast 1.000 massereiche Sterne im Tarantula-Nebel innerhalb der Großen Magellanschen Wolke und hoffte, dass mindestens einer dieser Sterne in einem Binärsystem mit ihrem eigentlichen Ziel, einem Schwarzen Loch, war.

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VFT 243 liegt innerhalb des Tarantelnebels innerhalb der Großen Magellanschen Wolke.
ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Wong et al., ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellansche Wolke-Umfrage. Danksagung: Cambridge Astronomical Survey Unit

Doch als sie einen Kandidaten im System VFTS 243 ausfindig machten, waren sie zunächst skeptisch. Co-Autor Kareem El-Badry, den Shenar als den „Zerstörer des Schwarzen Lochs“ bezeichnet, sagte: „Ich hatte meine Zweifel. Aber ich konnte keine plausible Erklärung für die Daten finden, die kein Schwarzes Loch beinhalteten.“

Dieses Schwarze Loch hat etwa die neunfache Masse der Sonne und umkreist einen blauen Riesenstern mit 25 Sonnenmassen. Und seltsamerweise konnten die Forscher keine Hinweise auf einen Supernova-Überrest finden.

Wenn massereiche Sterne das Ende ihres Lebens erreichen, wird angenommen, dass ihr Kern zusammenbricht – entweder in einen Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch – und ihre äußeren Schichten bei einer Supernova-Explosion ausgestoßen werden. So haben es zumindest Physiker typischerweise verstanden. Bekannte Schwarze Löcher wurden jedoch selten mit Supernova-Überresten gepaart.

Dieses Schwarze Loch scheint diesem Trend zu folgen. „Der Stern, der das Schwarze Loch in VFTS 243 bildete, scheint vollständig kollabiert zu sein, ohne Anzeichen einer früheren Explosion“, sagte Shenar. Dieses Szenario wird als direkter Kollaps bezeichnet. Im Wesentlichen ist der Vorläuferstern so massereich, dass sein Kern sofort in ein Schwarzes Loch kollabiert und eine Supernova-Explosion verhindert.

„Beweise für dieses ‚direkte Zusammenbruchs‘-Szenario sind kürzlich aufgetaucht“, erklärte Shenar. „Aber unsere Studie liefert wohl einen der direktesten Hinweise.“

Nach Angaben des Teams „beeinflusst“ diese Erkenntnis nicht nur das Szenario des direkten Zusammenbruchs „wesentlich“, sondern hat auch wichtige Implikationen für Gravitationswellenforscher. Es wird vermutet, dass sich Hunderte von röntgenruhigen Doppelsternen in der Milchstraße und den Magellanschen Wolken verstecken, und VFTS 243 ist die erste „eindeutige Entdeckung“ eines solchen Systems. Noch mehr dieser Systeme zu finden, hätte starke Auswirkungen auf die Rate der Verschmelzungen von Schwarzen Löchern, die Wissenschaftler erwarten können.

„Natürlich erwarte ich von anderen auf dem Gebiet, dass sie unsere Analyse sorgfältig durcharbeiten und versuchen, alternative Modelle zu erfinden“, sagte El-Badry. „Es ist ein sehr spannendes Projekt, an dem man beteiligt ist.“

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