Künstlerische Darstellung des Doppelsternsystems „VFTS 243“. Das System, das sich im sog. Tarantelnebel in der Großen Magellanschen Wolke befindet, besteht aus einem heißen, blauen Stern mit der 25-fachen Masse der Sonne und einem Schwarzen Loch, das mindestens die neunfache Masse der Sonne hat. Die Größen der beiden binären Komponenten sind nicht maßstabsgetreu: in Wirklichkeit ist der blaue Stern etwa 200 000 Mal größer als das schwarze Loch (Illu.).
Copyright: ESO/L. Calçada
Amsterdam (Niederlande) – Normalerweise ist das Team um Tomer Shenar von der Universität Amsterdam dafür bekannt, dass es vermeintliche Entdeckungen Schwarzer Löcher als falsch entlarvt. Nun aber berichten die Astronomen und Astronominnen erstmals selbst von der Entdeckung eines ruhendes Schwarzen Lochs mit stellarer Masse in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße.
„Zum ersten Mal hat unser Team gemeinsam über die Entdeckung eines schwarzen Lochs berichtet, anstatt ein solches zu widerlegen“, sagt Shenar, der seine Beobachtungen an der KU Leuven begann und jetzt Marie-Curie-Stipendiat an der Universität Amsterdam in den Niederlanden ist. „Außerdem stellten wir fest, dass der Stern, der das Schwarze Loch entstehen ließ, ohne Anzeichen einer starken Explosion einfach so verschwand.“
Die Entdeckung des als „VFTS 243“ bezeichneten Schwarzen-Loch-Systems basiert auf einer insgesamt sechsjähriger Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO). Damit „haben wir eine Nadel im Heuhaufen gefunden“, so Shenar.
Obwohl es bereits andere ähnliche Kandidaten für Schwarze Löcher gibt, behauptet das Team, dass dies das erste ruhende Schwarze Loch mit stellarer Masse ist, das außerhalb unserer Galaxie eindeutig nachgewiesen werden konnte.
Hintergrund
Schwarze Löcher mit stellarer Masse entstehen, wenn massereiche Sterne das Ende ihres Lebens erreichen und unter ihrer eigenen Schwerkraft zusammenbrechen. In einem Doppelsternsystem, einem System aus zwei umeinander kreisenden Sternen, hinterlässt dieser Prozess ein schwarzes Loch, das einen leuchtenden Begleitstern umkreist. Das schwarze Loch ist „ruhend“ oder „inaktiv“, wenn es keine starke Röntgenstrahlung aussendet, wodurch solche schwarzen Löcher normalerweise entdeckt werden. „Es ist unglaublich, dass wir kaum von ruhenden Schwarzen Löchern wissen, wenn man bedenkt, für wie häufig Astronomen sie halten“, erklärt Co-Autor Pablo Marchant von der KU Leuven. (Quelle: ESO)
Das neu entdeckte Schwarze Loch hat demnach mindestens die neunfache Masse unserer Sonne und umkreist einen heißen, blauen Stern mit der 25-fachen Masse der Sonne.
Ruhende schwarze Löcher sind besonders schwer zu entdecken, da sie kaum mit ihrer Umgebung interagieren. „Seit mehr als zwei Jahren suchen wir nach solchen Schwarzen Löchern und Doppelsternsystemen“, sagt Co-Autorin Julia Bodensteiner, wissenschaftliche Mitarbeiterin bei der ESO in Deutschland. „Ich war sehr aufgeregt, als ich von VFTS 243 hörte, der meiner Meinung nach der überzeugendste Kandidat ist, der bisher beschrieben wurde.“
Um VFTS 243 zu finden, durchsuchte die Arbeitsgruppe fast 1000 massereiche Sterne in der Region des Tarantelnebels in der Großen Magellanschen Wolke, um diejenigen zu finden, die Schwarze Löcher als Begleiter haben könnten. Die Identifizierung dieser Begleiter als schwarze Löcher ist extrem schwierig, da es sehr viele alternative Möglichkeiten gibt.
Diese Kompositaufnahme zeigt das Sternentstehungsgebiet 30 Doradus, das auch unter dem Namen „Tarantelnebel“ bekannt ist, im Infraroten und im Radiobereich.
Copyright: ESO, ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/Wong et al., ESO/M.-R. Cioni/VISTA Magellanic Cloud Survey. Acknowledgment: Cambridge Astronomical Survey Unit
„Als Forscher, der in den letzten Jahren potenzielle schwarze Löcher entlarvt hat, war ich äußerst skeptisch gegenüber dieser Entdeckung“, sagt Shenar. Die Skepsis wurde von Co-Autor Kareem El-Badry vom Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian in den USA geteilt, den Shenar den „Zerstörer Schwarzer Löcher“ nennt. „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 beinhaltete“, erklärt El-Badry.
Wie das Team um Shenar aktuell im Fachjournal „Nature Astronomy“ (DOI: 10.1038/s41550-022-01730-y) berichtet, ermögliche die Entdeckung nun auch einen einzigartigen Einblick in die Prozesse, die die Entstehung Schwarzer Löcher flankieren. Astronomen und Astronominnen vermuten, dass sich ein massereiches Schwarzes Loch bildet, wenn der Kern eines sterbenden massereichen Sterns kollabiert, aber es ist nach wie vor ungewiss, ob dies mit einer gewaltigen Supernova-Explosion einhergeht.
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„Der Stern, der das Schwarze Loch in VFTS 243 geformt hat, scheint vollständig kollabiert zu sein, ohne Anzeichen einer vorherigen Explosion“, erklärt Shenar. „In letzter Zeit gibt es immer wieder Hinweise auf dieses Szenario des ‚direkten Kollapses‘, aber unsere Studie liefert wohl einen der direktesten Hinweise. Dies hat enorme Auswirkungen auf den Ursprung der Verschmelzung schwarzer Löcher im Kosmos.“
Nature Astronomy veröffentlicht wurde, die Entdeckung weiterer schwarzer Löcher mit stellarer Masse ermöglichen wird, die massereiche Sterne umkreisen, von denen Tausende in der Milchstraße und in den Magellanschen Wolken vermutet werden.
„Natürlich erwarte ich, dass die Fachleute in diesem Bereich unsere Analyse sorgfältig prüfen und versuchen werden, alternative Modelle zu entwickeln“, schließt El-Badry. „Es ist ein sehr aufregendes Projekt, an dem ich beteiligt bin.“
– Diese Meldung basiert auf einer Presseinformation der Europäischen Südsternwarte ESO
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Recherchequelle: ESO
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