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Überraschendes Dreiersystem : Ein Schwarzes Loch in kosmischer Nachbarschaft

Künstlerische Darstellung des Dreiersystems HR 6819 Bild: ESO/L. Calçada

Schwarze Löcher sind naturgemäß schwer zu beobachten. Umso überraschender kam nun die Entdeckung eines solch extremen Objektes in nur rund tausend Lichtjahren Entfernung.

          3 Min.

          Schwarze Löcher sind aus vielen Gründen rätselhaft. Nicht nur fällt uns Menschen die Vorstellung überaus schwer, dass eine kompakte Masse die vierdimensionale Raumzeit so stark zu krümmen vermag, dass selbst Licht für immer darin eingefangen wird. Auch in Bezug auf die Entstehung und Entwicklung Schwarzer Löcher gibt es noch viele offene Fragen. Klar ist: Schwarze Löcher gibt es in ganz verschiedenen Größen.

          Sibylle Anderl
          (sian), Feuilleton

          Im Zentrum von Galaxien wie auch unserer Milchstraße befinden sich beispielsweise wahre Giganten: Solche „supermassereichen“ Schwarze Löcher sind so schwer wie Millionen oder gar Milliarden von Sonnen — und werden ständig schwerer, indem sie Materie aus ihrer Umgebung in sich hineinziehen. In unserer Galaxie ist das Sagittarius A*, ein Schwarzes Loch, das eine Masse von mehr als vier Millionen Sonnenmassen besitzt. Doch der Großteil Schwarzer Löcher ist sehr viel kleiner. Sterne, die mehr als etwa die achtfache Masse unserer Sonne aufbringen, kollabieren am Ende ihres Lebens, wenn sie ihren Brennstoff aufgebraucht haben, zu „kleinen“ stellaren Schwarzen Löchern. Theoretische Modelle der Entwicklung der Sternpopulationen unserer Milchstraße sagen voraus, dass es bis zu einer Milliarde dieser stellaren Schwarzen Löchern in unserer Galaxie geben sollte.

          Wenn man diese theoretische Vorhersage auf der Grundlage von Beobachtungen aber nachprüfen will, steht man vor einem Problem: Schwarze Löcher sind selbst naturgemäß nicht direkt zu beobachten, ihr Nachweis erfolgt indirekt anhand ihrer Wirkung auf Licht und Materie in ihrer Umgebung. So zeigte das „erste Bild“ eines Schwarzen Lochs des Event Horizon Telescope (EHT), das im vergangenen Jahr weltweit für Begeisterung sorgte, streng genommen nicht das Schwarze Loch im Zentrum einer entfernten Galaxie selbst, sondern nur dessen „Schatten“ — den dunklen Bereich im Zentrum des umgebenden Gases, aus dem Lichtteilchen ihren Weg nicht mehr hinaus finden.

          Die kleineren stellaren Schwarze Löcher werden meist dann entdeckt, wenn sie Teil eines Doppelsystems sind und Materie ihres Begleiters anziehen. Diese Materie umkreist daraufhin das Schwarze Loch in einer Scheibe, die sich durch Reibung stark aufheizt und Röntgenstrahlung aussendet — die wiederum beobachtbar ist. Einige hundert solcher Röntgendoppelsterne wurden bislang gefunden, nicht alle enthalten ein Schwarzes Loch. Manchmal ist das kompakte Objekt, das das Gas hell leuchten lässt, auch ein Weißer Zwerg oder ein Neutronenstern. Das heißt aber: Von den vielen Millionen stellaren Schwarzen Löchern, die es geben sollte, kennen wir nur einen winzigen Bruchteil.

          HR 6819 ist in dunkler Nacht mit bloßem Auge am Südsternhimmel im Sternbild Teleskop sichtbar.
          HR 6819 ist in dunkler Nacht mit bloßem Auge am Südsternhimmel im Sternbild Teleskop sichtbar. : Bild: ESO, IAU and Sky & Telescope

          Nun haben Astronomen um Thomas Rivinius von der Europäischen Südsternwarte (Eso) ein Schwarzes Loch entdeckt, das sich mit zwei anderen Sternen in einem Dreiersystem befindet, sich aber nicht durch charakteristische Röntgenstrahlung verrät. Im Journal „Astronomy & Astrophysics“ beschreiben sie, dass es sich mit einem massereichen Stern auf einem engen kreisförmigen Orbit befindet. Beide werden auf einer sehr viel ausgedehnteren Bahn von einem weiteren Stern umkreist. Das ungewöhnliche System, genannt „HR 6819“, ist nur etwas mehr als 1000 Lichtjahre von der Erde entfernt und in einer dunklen Nacht mit bloßem Auge am Südsternhimmel im Sternbild Teleskop sichtbar.

          Dass es mehrere Sterne umfasst, leiteten Astronomen im Jahr 2003 aus einer Untersuchung der von HR 6819 ausgesandten Spektren ab. Neben der auffälligen Signatur des äußeren Sterns konnten sie aus der Verschiebung einiger Spektrallinien die radiale Bewegung eines zweiten Sterns auf einem engeren Orbit ableiten. Eine weitergehende Analyse von Beobachtungen des Feros-Instruments am Chilenischen La-Silla-Observatorium der Eso brachte nun die Existenz eines dritten Objektes ans Licht, das vom inneren der beiden Sterne alle 40 Tage umkreist wird.

          Dass dieses Objekt ein Schwarzes Loch sein muss, schlossen die Astronomen wiederum aus den spektralen Eigenschaften seines direkten Partners. Dessen Spektrum ordnet ihn einer bestimmten Klasse von Sternen zu, die mindestens fünfmal so schwer sind wie unsere Sonne. Mit dieser Massenschätzung konnten die Forscher nun eine Mindestmasse des unsichtbaren Objekts ableiten, die bei 4,2 Sonnenmassen liegt. Wäre das Objekt dieser Masse ein gewöhnlicher Stern, dann müsste er, so die Astronomen, Spuren im aufgenommenen Spektrum hinterlassen. Ein Neutronenstern wäre wiederum leichter als 4,2 Sonnenmassen. Fazit: „Das unsichtbare Objekt muss ein Schwarzes Loch sein“ — und nicht irgend eines, sondern sogar das der Erde nächstgelegene. Bislang trug diesen Titel „V616 Mon“, ein stellares Schwarzes Loch in einem Röntgendoppelsystem in knapp 3500 Lichtjahren Entfernung.

          Dass das nächstliegende stellare Schwarze Loch tatsächlich so relativ nah ist, scheint dafür zu sprechen, dass es tatsächlich sehr viel mehr gibt, als man bisher entdeckt hat. Dreiersysteme wie HR 6819 könnten nun vielversprechende Kandidaten für die weitere Suche sein. In ihrer Studie schlagen die Astronomen bereits andere Systeme vor, die nach dem Vorbild von HR 6819 vielleicht als Dreiersystem mit einem Schwarzen Loch gedeutet werden könnten. 

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