Astronomie Ein allzu fettes Schwarzes Loch

Schwarze Löcher lassen sich bislang nicht direkt beobachten, weil sie mit ihrer geballten Schwerkraft jegliche von ihnen ausgehende Strahlung zurückhalten. Als Partner in einem engen Doppelsternsystem verraten sie sich jedoch vielfach durch eine starke Röntgenstrahlung, die entsteht, wenn Materie von dem noch intakten zweiten Stern zu dem Schwarzen Loch hinüberströmt und dort in einem Materiestrudel extrem aufgeheizt wird. Solche Röntgendoppelsterne sind mittlerweile nicht nur aus unserer Milchstraße bekannt, sondern auch in Nachbargalaxien beobachtet worden.

Einer von ihnen (M 33 X-7) zeichnet sich durch eine besondere Bahnlage der beiden Sternpartner aus. Wir blicken nahezu von der Kante auf die Umlaufbahn und können daher verfolgen, wie das Schwarze Loch mit seinem umgebenden Materiestrudel regelmäßig hinter dem intakten Sternpartner verschwindet. Denn dabei wird die Röntgenstrahlung der Quelle im Takt der Umlaufzeit, die etwa 3,5 Tage beträgt, immer wieder weitgehend abgeblockt. Den Astronomen bieten solche als Bedeckungsveränderliche bezeichneten Systeme die Chance, Größen und Massen der beteiligten Himmelskörper sehr genau zu bestimmen.

Fast 16 Sonnenmassen

Die Grundlage dafür ist eine Kombination aus himmelsmechanischen Vorgaben und spektroskopischen Beobachtungen. Wie eine internationale Forschergruppe, der auch ein Mitarbeiter des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik in Garching angehört, in der Zeitschrift „Nature“ berichtet, förderte die Untersuchung des Röntgendoppelsterns M 33 X-7 allerdings eine Überraschung zutage: Das Schwarze Loch vereint fast 16 Sonnenmassen in sich und umkreist in einem Abstand von rund 30 Millionen Kilometern einen Stern, der sogar 70 Sonnenmassen hat.

Der Befund ist in mehrfacher Hinsicht erstaunlich. Zum einen weisen die bislang zweifelsfrei als Schwarze Löcher identifizierten Überreste von Sternexplosionen maximal zwölf Sonnenmassen auf. Zum anderen lässt sich der geringe Abstand zu dem noch intakten, extrem massereichen Stern mit den gängigen Modellen zur Sternentwicklung nicht ohne weiteres erklären.

Riesiger Vorläufer

Damit am Ende ein Schwarzes Loch mit rund 16 Sonnenmassen zurückbleibt, muss der Vorläuferstern ursprünglich mindestens 100 Sonnenmassen besessen haben, von denen er während seines verhältnismäßig kurzen „Lebens“ allerdings den größten Teil verloren hat. Weil das Objekt damit deutlich größer gewesen wäre als der gegenwärtige Abstand zwischen dem Schwarzen Loch und seinem Partner, müsste auch dieser gegenseitige Abstand anfangs größer gewesen und erst nachträglich auf den heutigen Wert geschrumpft sein.

Astronomische Modelle lassen eine solche Annäherung zwar zu, aber nicht unbedingt im Fall zweier eng benachbarter massereicher Sterne.Grundsätzlich entwickelt sich der massereichere Zentralstern schneller als sein Begleiter und bläht sich dabei allmählich auf. Das kann so weit gehen, dass er seinen Trabanten gleichsam mit einhüllt, so dass dieser wie ein Surfer durch die gemeinsame Hülle des Systems zieht.

Surfender Trabant

Dabei wird er langsam abgebremst, wodurch sich sein Heranrücken an den Zentralstern erklärt. Allerdings ist ein solches Sternsurfen mit einem extremen Masseverlust des Zentralsterns verbunden, so dass im konkreten Fall am Ende für das Schwarze Loch deutlich weniger als die gemessenen 16 Sonnenmassen übrig geblieben wären.

Das heute beobachtete System hätte nur dann entstehen können, wenn der ursprünglich massereichere Zentralstern in der Anfangsphase deutlich weniger Materie verloren hätte als von den Entwicklungsmodellen vorausgesagt. Mit dieser Vorgabe werden sich nun die Theoretiker beschäftigen müssen, um ihre Sternmodelle zu revidieren.