(Main) Der dichte Sternhaufen Omega Centauri, gesehen vom La Silla-Observatorium; (oben) ein Schwarzes Loch mittlerer Masse; (unten) ein Haufen stellarer Schwarzer Löcher.(Bildnachweis: ESO/Robert Lea)
Neue Forschungen haben den Wissenschaftlern, die glaubten, ein „missing link“ schwarzes Loch in einem dichten Milchstraßen-Sternhaufen entdeckt zu haben, schlechte Nachrichten gebracht.
Die neuen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass es sich bei Omega Centauri nicht um ein seltenes Schwarzes Loch mittlerer Masse handelt, sondern um eine Ansammlung von Schwarzen Löchern mit stellarer Masse, die vermutlich die Überreste einer alten Galaxie sind, die von der Milchstraße ausgeschlachtet wurde.
„Die Jagd nach den schwer fassbaren Schwarzen Löchern mittlerer Masse geht weiter“, sagt Justin Read, Wissenschaftler an der Universität von Surrey in England, Mitglied des Studienteams. „Es könnte immer noch eines im Zentrum von Omega Centauri geben, aber unsere Arbeit deutet darauf hin, dass es weniger als das 6.000-fache der Sonnenmasse haben muss und neben einem Haufen stellarer schwarzer Löcher lebt.“
Astronomen erhielten den ersten Hinweis auf das mögliche Vorhandensein eines Schwarzen Lochs in Omega Centauri, das schätzungsweise 10 Millionen Sterne enthält, als sie bemerkten, dass sich einige dieser Sterne schneller als erwartet bewegten.
Im vergangenen Jahr führte ein Team von Astronomen eine Untersuchung mit dem Hubble-Weltraumteleskop durch und glaubte, ein schwarzes Loch mittlerer Masse mit einer Masse von etwa 8 200 Sonnen gefunden zu haben.
Eine erneute Analyse dieses Sternhaufens zeigt jedoch, dass dies möglicherweise doch nicht der Fall war.
Inhaltsübersicht
Warum sind Schwarze Löcher als „fehlendes Glied“ wichtig?
Schwarze Löcher mittlerer Masse liegen, wie ihr Name schon sagt, zwischen stellaren Schwarzen Löchern (mit 10 bis 1.000 Sonnenmassen) und supermassiven Schwarzen Löchern, die im Herzen von Galaxien sitzen und die Masse von Millionen oder sogar Milliarden von Sonnen haben.
Die angebliche Entdeckung eines Schwarzen Lochs mittlerer Masse so nahe an der Erde war aufregend, weil diese Schwarzen Löcher, von denen man annimmt, dass sie ein entscheidendes Glied in der Kette von Verschmelzungen sind, die dazu beitragen, dass Schwarze Löcher den Status von supermassiven Löchern erreichen, bekanntermaßen schwer zu finden sind. Und das, obwohl Wissenschaftler davon ausgehen, dass sie im Universum weit verbreitet sein sollten.
Das liegt daran, dass sie wie alle schwarzen Löcher von einer lichtundurchlässigen Fläche, dem Ereignishorizont, begrenzt werden. Das bedeutet, dass schwarze Löcher nur gesehen werden können, wenn sie von Materie umgeben sind, von der sie sich ernähren, um zu wachsen, und die sich durch Gezeitenkräfte erhitzt, um helles Licht zu erzeugen. Das bedeutet auch, dass sie praktisch unsichtbar sind, denn die einzige Möglichkeit, ihre Anwesenheit festzustellen, ist die Wirkung, die ihre Schwerkraft auf die sie umgebenden Sterne hat.
Eine Illustration, die die drei Arten von astrophysikalischen Schwarzen Löchern zeigt, von den massereichsten auf der linken Seite bis zu den am wenigsten massereichen auf der rechten Seite (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Interaktionen mit der Schwerkraft eines mittelschweren Schwarzen Lochs im Herzen von Omega Centauri haben vermutlich die Sterne im Zentrum dieses dichten Haufens auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt.
„Wir wissen seit langem von supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien und kleineren stellarmassen Schwarzen Löchern in unserer eigenen Galaxie“, sagte Andrés Bañares Hernández, Mitglied des Teams und Forscher am Instituto de Astrofísica de Canarias, in einer Erklärung.
„Die Idee von Schwarzen Löchern mittlerer Masse, die die Lücke zwischen diesen Extremen schließen könnten, bleibt jedoch unbewiesen“, fügte er hinzu. „Durch die Untersuchung von Omega Centauri – einem Überbleibsel einer Zwerggalaxie – konnten wir unsere Methoden verfeinern und einen Schritt nach vorne machen, um zu verstehen, ob solche Schwarzen Löcher existieren und welche Rolle sie bei der Entwicklung von Sternhaufen und Galaxien spielen könnten.
„Diese Arbeit trägt dazu bei, eine zwei Jahrzehnte andauernde Debatte zu lösen, und öffnet neue Türen für zukünftige Forschungen.“
Der dichte Sternhaufen Omega Centauri. (Bildnachweis: NASA/ESA/Anderson/van der Marel)
Eine andere mögliche Erklärung für die beobachteten Sterngeschwindigkeiten ist eine Ansammlung von stellarmassen Schwarzen Löchern, die in dichten Sternhaufen wie diesem wachsen sollen.
Astronomen glauben jedoch, dass die Wechselwirkungen mit anderen Sternen diese kleineren Schwarzen Löcher wahrscheinlich aus diesem System „herausgeschleudert“ haben. Damit blieb ein mittelgroßes Schwarzes Loch als wahrscheinlichste Erklärung für die Hochgeschwindigkeitssterne im Herzen von Omega Centauri übrig – bis jetzt. In der neuen Studie berücksichtigten die Forscher eine weitere wichtige Datenquelle bei der Betrachtung von Omega Centauri, was die Dinge erheblich veränderte.
Mit kosmischen Leuchttürmen die Zeit anhalten
Die zusätzlichen Daten stammen von „kosmischen Leuchttürmen“, den Pulsaren.
Pulsare sind schnell rotierende kosmische Überbleibsel, die Neutronensterne genannt werden und sich bilden, wenn massereichen Sternen der Brennstoff ausgeht und sie unter ihrer eigenen Schwerkraft kollabieren.
Da sich diese toten Sterne bis zu 700 Mal pro Sekunde drehen, stoßen sie von ihren Polen Strahlen aus. Diese Strahlen verbreiten sich im Universum wie das Licht eines kosmischen Leuchtturms.
Wenn sie sich so drehen, dass sie auf die Erde zeigen, werden Pulsare heller und scheinen zu pulsieren. Da dieses Pseudo-Pulsieren hochgradig periodisch ist, wenn man es in einer Masse betrachtet, die Wissenschaftler als Pulsar-Zeitmessungs-Array bezeichnen, verwandeln sich diese kosmischen Leuchttürme in ein hochpräzises Werkzeug zur Zeitmessung.
Eine Illustration eines Pulsars, eines sich schnell drehenden Neutronensterns, der Strahlen wie ein kosmischer Leuchtturm durch den Raum schickt (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Änderungen im Timing von Pulsaren können auf die Anwesenheit intensiver Gravitationsfelder hinweisen, die diese toten Sterne beschleunigen. Die zusätzlichen Pulsardaten ermöglichten es dem Team, die Gravitationsfelder im Herzen von Omega Centauri genauer zu untersuchen und so zwischen der Wirkung eines mittleren Schwarzen Lochs und eines Haufens stellarmassereicher Schwarzer Löcher zu unterscheiden. Das Team stellte fest, dass Letzteres die wahrscheinlichste Erklärung für die Geschwindigkeit der Sterne im Zentrum von Omega Centauri ist.
Das Team ist nicht allzu entmutigt über seine Ergebnisse. Read ist der Meinung, dass es nur eine Frage der Zeit ist, bis die Astronomen Schwarze Löcher mit mittlerer Masse aufspüren werden.
„Es besteht durchaus die Möglichkeit, dass wir bald eines [ein Schwarzes Loch mittlerer Masse] finden“, sagte Read. „Es gibt immer mehr Pulsarbeschleunigungen, die es uns ermöglichen, in die Zentren dichter Sternhaufen zu blicken und genauer als je zuvor nach Schwarzen Löchern zu suchen.“
In der Zwischenzeit könnte die Forschung des Teams den Astronomen helfen, die Mechanismen besser zu verstehen, die Pulsare entstehen lassen.
„Die Entstehung von Pulsaren ist ebenfalls ein aktives Forschungsgebiet, da vor kurzem eine große Anzahl von ihnen entdeckt wurde“, schloss Hernández. „Omega Centauri ist eine ideale Umgebung, um Modelle für ihre Entstehung zu untersuchen, was wir mit unserer Analyse zum ersten Mal tun konnten.“
Die Forschungsarbeit des Teams wurde zur Veröffentlichung in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics angenommen.
