Astronomie: Erstmals Schwarzes Loch in anderer Galaxie entdeckt – wackelnder Stern gab den Hinweis

Forschende spüren Schwarze Löcher bisher über den Nachweis von hochenergetischer Strahlung oder von Gravitationswellen auf. Nun haben sie ein solches Objekt mit einem neuen Verfahren außerhalb der Milchstraße entdeckt. Die verräterischen Bewegungen eines Sterns lieferten den entscheidenen Hinweis. Das Verfahren könnte zur Entdeckung weiterer bislang unentdeckter Schwarzer Löcher führen

Im Sternhaufen NGC 1850 in der Großen Magellanschen Wolke – einer Satelliten-Galaxie unserer Milchstraße – wackelt ein Stern rhythmisch hin und her und verändert dabei seine Helligkeit. Damit verrät er die Anwesenheit eines ansonsten unsichtbaren Begleiters: eines Schwarzen Lochs mit der elffachen Masse unserer Sonne.

Es ist das erste Mal, dass die Astronomie auf diese Weise ein Schwarzes Loch in einer anderen Galaxie aufgespürt hat. Zudem sei es der erste Nachweis eines stellaren Schwarzen Lochs in einem jungen Sternhaufen und liefere damit neue Erkenntnisse über die Entstehung dieser massereichen Objekte, so das internationale Team im Fachblatt „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society“.

Stellare Schwarze Löcher entstehen, wenn Sterne mit deutlich mehr Masse als unsere Sonne ihren nuklearen Energievorrat aufgebraucht haben und in sich zusammenstürzen. Die Anziehungskraft der dabei entstehenden Objekte ist so stark, dass nicht einmal Licht aus ihnen entkommen kann. In unserer Milchstraße kennen Astronominnen und Astronomen eine ganze Reihe derartiger „Sternen-Leichen“.

Die meisten Schwarzen Löcher blieben bislang unentdeckt

Stellare Schwarze Löcher in anderen Galaxien aufzuspüren ist dagegen aufgrund der großen Entfernungen schwierig. Bislang war es nur indirekt möglich – durch den Nachweis hochenergetischer Strahlung, die beim Einfall von Materie in das Schwarze Loch entsteht, oder durch Gravitationswellen, abgestrahlt beim Zusammenstoß von zwei Schwarzen Löchern.

Schwarzes Loch

Die meisten Schwarzen Löcher blieben so bislang unentdeckt, da sie weder Strahlung noch Gravitationswellen aussenden. „Die große Mehrheit dieser Objekte lässt sich nur aufgrund ihrer Bewegung enttarnen“, erläutert Stefan Dreizler von der Universität Göttingen. Denn oft bilden Schwarze Löcher Doppelsysteme mit einem normalen Stern. Beide Himmelskörper umkreisen sich dann gegenseitig – und diese Bahnbewegung können Astronomen in der Strahlung des Sterns nachweisen.

Dreizler und sein Team haben zwei Jahre lang mit einem Spezialinstrument am Very Large Teleskop der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile viele Tausend Sterne in dem Sternhaufen NGC 1850 überwacht – und wurden fündig: Einer der beobachteten Sterne zeigte eine charakteristische Wackelbewegung. Mehr noch: Eben dieser Stern zeigt zusätzlich Helligkeitsschwankungen, weil das Schwarze Loch ihn mit seiner Schwerkraft leicht verformt.

Beide Beobachtungen zusammen ermöglichten es den Forschern, die Umlaufbahn und die Massen des Doppelsystems zu bestimmen: Es handelt sich um einen normalen Stern mit etwa der fünffachen Sonnenmasse und ein Schwarzes Loch mit der elffachen Masse unserer Sonne, die sich mit einer Periode von fünf Tagen gegenseitig umkreisen.

Von besonderer Bedeutung für die Astronominnen und Astronomen ist diese Entdeckung, weil NGC 1850 mit einem Alter von 100 Millionen Jahren ein junger Sternhaufen ist. Zum Vergleich: Unsere Sonne ist 4,5 Milliarden Jahre alt. Damit ist auch das Schwarze Loch ein junges Objekt. Die Forscher hoffen nun, mit dieser Methode weitere stellare Schwarze Löcher in jungen Sternhaufen aufzuspüren und so neue Erkenntnisse über deren Entstehung und Entwicklung zu gewinnen.