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Eine Illustration eines Gezeitenzerfalls, bei dem ein Stern von einem Schwarzen Loch verschlungen wird.(Bildnachweis: ESA/C. Carreau)

Astronomen haben ein schwarzes Loch entdeckt, das sich rund 9 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt an einer epischen Sternenmahlzeit beteiligt.

Das supermassive Schwarze Loch, das eine Masse hat, die etwa 10 Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne, wurde dabei beobachtet, wie es einen Stern zerfetzte, der etwa neunmal so groß war wie unser Stern, und sich an seinen stellaren Überresten labte. Dies ist der größte Stern, der jemals bei einer dieser blutigen „Gezeitenzerstörungen“ (TDEs) zerstört wurde.

Zum Vergleich: Der Stern in dieser TDE (mit der Bezeichnung AT2023vto) ist fünfmal so massiv wie der nächstgrößte stellare Körper, den Astronomen bei der Zerstörung durch ein Schwarzes Loch beobachtet haben. Damit ist AT2023vto die größte und hellste TDE, die Astronomen je entdeckt haben.

„Das, was das TDE AT2023vto wirklich von anderen TDEs unterscheidet, ist, dass es unglaublich, unglaublich hell ist“, sagte Teammitglied Yvette Cendes von der University of Oregon gegenüber kosmischeweiten.de. „Er ist 9 Milliarden Lichtjahre – und mehr – entfernt. Das ist super weit weg, aber er ist so hell, dass man ihn sogar in dieser Entfernung sehen kann. Normalerweise sehen wir TDEs viel näher an unserem Zuhause.“

Dies ist nicht der am weitesten entfernte TDE, der je gesehen wurde, um das klarzustellen.

Das Besondere an solchen weiter entfernten (und damit früheren) TDEs ist, dass sie Materialstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausstoßen. Dadurch leuchten sie unglaublich hell und sind in großer Entfernung leichter zu erkennen. TDE AT2023vto unterscheidet sich von den anderen 99 % dadurch, dass es diese sogenannten relativistischen Jets nicht hat – zumindest noch nicht.

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„Dies ist die am weitesten entfernte nichtrelativistische Kategorie von TDEs, die bisher beobachtet wurde. Das ist sicher“, fügte Cendes hinzu. „Die Untersuchung dieses Phänomens wird sehr wichtig sein, um zu lernen, was passiert, wenn mehr Masse auf ein schwarzes Loch geworfen wird.“

Epische Essenszeit

TDEs treten auf, wenn die Flugbahn eines unglücklichen Sterns ihn zu nahe an ein supermassives Schwarzes Loch bringt. Der immense Gravitationseinfluss des Schwarzen Lochs erzeugt starke Gezeitenkräfte (daher „Gezeitenstörung“) innerhalb des Sterns, die ihn gleichzeitig horizontal zerquetschen und vertikal dehnen.

Dadurch wird der Stern in einen langen Strang von „Plasmanudeln“ gezogen, ein blutiger Prozess, der auch als „Spaghettifizierung“ bezeichnet wird.

„TDEs sind interessant, weil sie im Grunde ein einzigartiges physikalisches Labor sind, in dem man Dinge testen kann, die man auf der Erde nicht testen kann“, erklärt Cendes. „Schließlich können wir hier auf der Erde nicht einfach schwarze Löcher erzeugen und Dinge auf sie werfen. Die Unterschiede zwischen TDEs zu untersuchen, wird immer sehr spannend und interessant sein.“

Das eigentliche TDE-Ereignis dauert nur ein paar Stunden, und das Schwarze Loch verschlingt nur einen kleinen Teil des zerstörten Sterns.

„Bei einer TDE fällt nur sehr wenig von der Masse des Sterns in das Schwarze Loch selbst“, sagte Cendes. „Etwa die Hälfte der Masse wird einfach auf diese lange Auswärtsbahn geschickt und kehrt nie zurück. Etwa die Hälfte der restlichen Masse bildet eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch.“

Die supermassereichen Schwarzen Löcher, die an TDEs beteiligt sind, befinden sich also plötzlich nicht mehr in einer ruhigen Umgebung, in der sie nur gelegentlich ein bisschen Gas oder Staub fressen, sondern inmitten einer sehr chaotischen, geschäftigen und hellen Umgebung, die es ermöglicht, diese kosmischen Titanen aus großer Entfernung zu sehen. Cendes wies darauf hin, dass wir uns zwar nicht ganz sicher sein können, was das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen von AT2023vto gegessen hat, dass seine Essgewohnheiten aber sicherlich so spärlich waren, dass die Region um es herum zuvor aus 9 Milliarden Lichtjahren Entfernung nicht zu sehen war.

Eine Illustration zeigt die Folgen eines Schwarzen Lochs, das einen Stern bei einer Gezeitenzerstörung zerfetzt und verschlingt. (Bildnachweis: NASA’s Goddard Space Flight Center/Chris Smith (USRA/GESTAR))

AT2023vto wurde erstmals am 9. September von der Zwicky Transient Facility (ZTF) als plötzliche Lichtexplosion entdeckt. Dieses transiente Ereignis wurde zunächst fälschlicherweise als Supernova vom Typ II identifiziert, eine kosmische Explosion, die entsteht, wenn ein massereicher Stern unter seiner eigenen Schwerkraft schnell kollabiert.

Cendes erklärte, dass dieser Fehler aufgeklärt wurde, als der Teamleiter Harsh Kumar, ein Forscher des Center of Astrophysics (CfA) Harvard & Smithsonian, sich die ZTF-Daten ansah. Er modellierte die Lichtkurve der Emission, wie sie sich entwickelte, bestimmte die wahre Natur von AT2023vto, ermittelte die Massen des beteiligten Sterns und des Schwarzen Lochs und berechnete die Entfernung zu dieser TDE.

Cendes und das Team haben dann mit dem Very Large Telescope (VLT) nachgeforscht und keine Radioemissionen in Verbindung mit AT2023vto gefunden.

„Wir haben nichts gesehen, was hier vielleicht das weniger aufregende Ergebnis war. Aber das hilft uns, auszuschließen, was es nicht ist“, sagte Cendes. „Wenn Schwarze Löcher zum Beispiel relativistische Jets in einigen TDEs ausstoßen, die sehr, sehr hell sind, hätte man vermutlich auch eine Radioemission gesehen, wenn wir so etwas schon einmal gesehen haben, und wir haben nichts gesehen. Das schließt also die Möglichkeit eines relativistischen Jets aus.“

Doch Cendes schließt nicht aus, dass dieses supermassive schwarze Loch irgendwann einen relativistischen Jet ausstoßen könnte. Wie kosmischeweiten.de im Jahr 2022 berichtete, gehörte Cendes zu einem Team, das ein anderes supermassereiches Schwarzes Loch beobachtete, das Jahre, nachdem es einen Stern spaghettiert hatte, starke Jets ausstieß. Wie dieses Schwarze Loch einen kosmischen Rülpser so lange zurückhalten konnte, ist auch zwei Jahre später noch ein Rätsel.

Cendes möchte daher herausfinden, ob das mit AT2023vto assoziierte schwarze Loch ebenfalls zu einer solchen verzögerten Emission fähig ist.

„Dieses Ereignis ist noch nicht abgeschlossen; das Licht ist noch da. Wir werden es auch in Zukunft weiter untersuchen“, sagte Cendes. „Ich werde auf jeden Fall nachsehen, ob dieses Ereignis einen Rülpser eines Schwarzen Lochs zur Folge hat. Nur weil wir jetzt keine Radioemission gesehen haben, bedeutet das nicht, dass es später keine Radioemission gibt.

„Ich finde das sehr interessant, denn es scheint ein weit verbreitetes Phänomen zu sein, das ich gefunden habe, und niemand hat wirklich eine Erklärung dafür, wie es funktioniert. Das bedeutet, dass es einfach eine Menge Physik über TDEs gibt, die uns im Moment noch unklar ist.“

Eine von Experten begutachtete Version der Forschungsarbeit des Teams ist auf dem Paper Repository arXiv veröffentlicht.