Forscher beobachten „seltsamen Stern“ – und finden Schwarzes Loch
Schwarze Löcher gehören zu den geheimnisvollsten Objekten im Weltraum. Jetzt haben Forschende auf sehr besondere Weise ein Schwarzes Loch entdeckt. Der spezielle Fund kann helfen, endlich mehr über den Ursprung der mysteriösen Objekte zu erfahren.
Anhand eines "seltsamen Sterns" fanden die Astronominnen und Astronomen ein Schwarzes Loch. Die Suchmethode ist neu - und dürfte für viele weitere Funde sorgen, die die Erforschung Schwarzer Löcher deutlich voranbringen soll. Foto/Grafik: Edo
Schwarzes Loch – die Bezeichnung wird der Faszination, die dieses Weltraum-Phänomen auf die Wissenschaft ausübt, nach wie vor einfach nicht gerecht. Schwarze Löcher sind die Phantome des Weltalls, noch immer wissen wir nur bedingt, was genau sie sind.
Jetzt haben Forschende der Europäischen Südsternwarte Eso eine Entdeckung gemacht, die die Erforschung Schwarzer Löcher deutlich voranbringen dürfte.
Was ist ein Schwarzes Loch?
Lange Zeit war ein Schwarzes Loch nicht mehr als graue Theorie. Geprägt hat den Begriff der US-Physiker John Archibald Wheeler im Jahr 1967. Die Existenz des Phänomens galt zwar als wahrscheinlich, doch konkrete Beobachtungen gab es erst in den 1980er und 90er Jahren, so etwa Untersuchungen zum supermassereichen Schwarzen Loch Sagittarius A* im Zentrum unserer Galaxie. 2019 konnten Astronomen gar eine radioteleskopische Aufnahme des Schwarzen Lochs M87* im Zentrum der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M87 erzeugen. Und im Frühjahr 2020 fanden Eso-Forschende ein Schwarzes Loch, das der Erde näher ist, als jedes zuvor beobachtete Schwarze Loch: Indirekt war das sogar mit bloßem Auge am Himmel zu beobachten, über seine beiden Begleitsterne.
Das erste Bild eine Schwarzen Lochs: Im Zentrum der Galaxie M87 befindet sich ein solches Objekt mit einer mit einer Masse von 6,5 Milliarden Sonnenmassen.
Foto: Nasa/Event Horizon Telescope Collaboration
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Was man weiß: Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, dessen Masse auf ein extrem kleines Volumen konzentriert ist. Dadurch wird in der Umgebung eine derart starke Gravitation erzeugt, dass selbst Licht nicht mehr nach außen dringen oder das Schwarze Loch durchlaufen kann.
Forscher finden Schwarzes Loch mit neuer Methode
Jetzt haben Astronominnen und Astronomen mithilfe des Very Large Telescope (VLT) ein kleines schwarzes Loch außerhalb der Milchstraße gefunden. Das gelang ihnen, indem sie den Einfluss des Schwarzen Lochs auf die Bewegung eines Sterns in seiner unmittelbaren Nähe beobachtet haben. Diese Nachweismethode wurde zum ersten Mal eingesetzt, um ein schwarzes Loch außerhalb unserer Galaxie zu entdecken. Ein wichtiger Schritt in der Erforschung der mysteriösen Objekte. Denn die neue Methode könnte der Schlüssel zur Entdeckung verborgener Schwarzer Löcher in der Milchstraße und in nahe gelegenen Galaxien sein und maßgeblich dabei helfen, die Frage zu klären: Woher kommen Schwarzen Löcher? Wie entstehen sie? Und wie entwickeln sie sich mit der Zeit?
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Das neu entdeckte schwarze Loch wurde im NGC 1850 gesichtet. Die Abkürzung NGC steht für den New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars, ein Katalog von Sternhaufen und Galaxien, der seit dem des 19. Jahrhunderts als Standardwerk etabliert ist. NGC 1850 ist ein Haufen Tausender von Sternen in der Großen Magellanschen Wolke, die etwa 160.000 Lichtjahren von unserer Galaxie entfernt ist.
„Ähnlich wie Sherlock Holmes, der eine kriminelle Organisation anhand ihrer Taten aufspürt, betrachten wir jeden einzelnen Stern in diesem Haufen mit einer Lupe in der Hand und versuchen, Beweise für die Existenz von schwarzen Löchern zu finden, ohne sie jedoch direkt zu sehen“, sagt Sara Saracino vom Astrophysics Research Institute der Liverpool John Moores University in Großbritannien.
Saracino leitete die Forschung, deren Ergebnisse jetzt zur Veröffentlichung in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society angenommen wurde. „Das hier gezeigte Ergebnis offenbart nur einen der gesuchten Delinquenten, aber wenn man einen gefunden hat, ist man auf dem besten Weg, viele andere in verschiedenen Haufen zu entdecken.“
Schwarzes Loch ist elf Mal so massereich wie die Sonne
Das erste Schwarze Loch, das das Team auf diese Weise aufspürte, ist etwa elf Mal so massereich wie die Sonne. Verraten hat sich das Objekt durch seinen gravitativen Einfluss einen Stern, der es umkreist. Solche kleinen schwarzen Löcher haben Forschende in der Vergangenheit in anderen Galaxien entdeckt, indem sie das Röntgenlicht sammelten, das die Objekte beim Verschlucken von Materie aussenden. Auch durch Beobachtung von Gravitationswellen, die bei der Kollision Schwarzer Löcher untereinander oder mit Neutronensternen entstehen, konnten bereits Schwarze Löcher nachgewiesen werden.
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Aber: Nur die wenigsten Schwarzen Löcher mit Sternmasse lassen sich anhand von Röntgenstrahlen oder Gravitationswellen nachweisen. „Die große Mehrheit kann nur aufgrund von Bewegungen enttarnt werden“, sagt Stefan Dreizler, Mitglied des Teams an der Universität Göttingen. „Wenn sie ein System mit einem Stern bilden, beeinflussen sie dessen Lauf auf subtile, aber nachweisbare Art, so dass wir sie mit hochentwickelten Instrumenten finden können.“
Neue Methode soll Durchbruch bringen
Die Methode, die Saracino und ihr Team nun anwenden, dürfte künftig dafür sorgen, dass viele weitere Schwarze Löcher gefunden werden. Das versetzt die Wissenschaft in die Lage, ihre Geheimnisse zu entschlüsseln. „Jede einzelne Entdeckung, die wir machen, wird für unser zukünftiges Verständnis von Sternhaufen und den schwarzen Löchern in ihnen wichtig sein“, sagt Mark Gieles von der Universität Barcelona in Spanien, Co-Autor der Studie.
Mit dem Fund haben die Astronominnen und Astronomen erstmals ein Schwarzes Loch in einem jungen Sternhaufen gefunden. NGC 1850 ist etwa 100 Millionen Jahre alt – in astronomischen Maßstäben nur ein kurzer Augenblick. Zum Vergleich: Die Milchstraße ist 13,6 Milliarden Jahre alt. Durch den Vergleich mit weiter entwickelten Schwarzen Löchern in älteren Sternhaufen können die Forschenden nachvollziehen, wie die Objekte wachsen, wenn sie zum Beispiel Sterne verschlingen oder mit anderen Schwarzen Löchern verschmelzen.
Team sammelt zwei Jahre lang Daten zum Schwarzen Loch
Zwei Jahre lang nutzte das Team Daten, die mithilfe des Multi Unit Spectroscopic Explorer (Muse) am VLT der Eso in der chilenischen Atacama-Wüste gesammelt worden waren. „Muse ermöglichte uns die Beobachtung sehr dicht besiedelter Gebiete, wie die innersten Regionen von Sternhaufen, und analysierte das Licht jedes einzelnen Sterns in der Nähe. Das Ergebnis sind Informationen über Tausende von Sternen auf einen Schlag, mindestens zehnmal mehr als mit jedem anderen Instrument“, sagt Sebastian Kamann vom Astrophysics Research Institute in Liverpool und Mitautor der Studie. Schließlich konnten die Forschenden den seltsamen Stern ausmachen, dessen eigentümliche Bewegung die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs anzeigte. Die Ergebnisse bestätigten sie anhand von Daten des Optical Gravitational Lensing Experiment der Universität Warschau und des Hubble-Weltraumteleskops der Weltraumagenturen Nasa und Esa.
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In de Astronomie ist größer bisweilen besser – oder zumindest genauer. Neben dem VLT soll in den nächsten Jahren Das Extremely Large Telescope (ELT) der ESO in Chile in Betrieb genommen werden. Damit werden die Astronominnen und Astronomen noch mehr versteckte Schwarze Löcher zu finden, so die Hoffnung. „Das ELT wird dieses Feld definitiv revolutionieren“, sagt jedenfalls Sara Saracino. „Es wird uns ermöglichen, im gleichen Blickfeld wesentlich schwächere Sterne zu beobachten und nach schwarzen Löchern in Kugelsternhaufen zu suchen, die sich in viel größerer Entfernung befinden.“
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