Isoliertes schwarzes Loch in der Milchstraße nachgewiesen

Künstlerische Darstellung eines schwarzen Lochs, das durch die Milchstraße treibt.
© ESA/Hubble, Digitized Sky Survey, Nick Risinger (skysurvey.org), N. Bartmann

VonTanja Banner
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Forschenden ist erstmals der Nachweis eines schwarzen Lochs gelungen, das alleine durch die Milchstraße treibt.

Baltimore – Seit den 1970er Jahren ist die Existenz von stellaren schwarzen Löchern – sie entstehen, wenn ein Stern stirbt und haben per Definition etwa fünf bis 20 Sonnenmassen – bekannt. Doch noch nie ist es Forschenden gelungen, ein isoliertes schwarzes Loch – ein Objekt, das ohne Begleitstern unterwegs ist – nachzuweisen. Nun melden gleich zwei Forschungsteams einen Erfolg: Sie haben ein stellares schwarzes Loch, das alleine durch die Milchstraße wandert, entdeckt und durch die Messung seiner Masse nachgewiesen.

Die Teams beobachteten ihr Forschungsobjekt sechs Jahre lang mit dem „Hubble“-Weltraumteleskop von Nasa und Esa. Ein schwarzes Loch nachzuweisen ist nicht einfach: Die Objekte schlucken alles, was ihnen zu nahe kommt – nicht einmal Licht kann ihnen entkommen, was sie im Weltall nahezu unsichtbar macht. Deshalb wurden die Massen von schwarzen Löchern bisher entweder statistisch bestimmt oder von den Wechselwirkungen mit anderen Himmelskörpern abgeleitet. Das galt bisher auch für stellare schwarze Löcher: Sie sind in der Regel mit einem Begleitstern anzutreffen, mit dem sie wechselwirken – was ihre Existenz verrät. Das schwarze Loch, das „Hubble“ im Visier hatte, ist dagegen alleine in der Milchstraße unterwegs – äußerst ungewöhnlich und sehr schwer nachzuweisen.

Forschende messen schwarzes Loch durch Gravitationslinsen-Effekt

Doch die Forschenden machten sich für ihren Nachweis einen Effekt zunutze, den bereits Albert Einstein vorhersagte: Eine große Masse wie ein schwarzes Loch verformt den Raum, der dann das Licht von allem, was sich kurzzeitig genau hinter ihm befindet, ablenkt und verstärkt. Kurz: Das eigentlich unsichtbare schwarze Loch verhält sich wie eine Art „Lupe“ im Weltraum, genannt „Gravitationslinse“. Dieser Effekt, das sogenannte „Mikrolensing“, funktioniert auch mit anderen massereichen Objekten im Weltraum wie beispielsweise Galaxien oder Sternen, doch wenn ein schwarzes Loch an dem Effekt beteiligt ist, sei das klar zu erkennen, heißt es in einer Mitteilung des Space Science Institute in Baltimore.

Auf diesem Bild schaut das „Hubble“-Weltraumteleskop von Nasa und Esa in Richtung Zentrum der Milchstraße. Die Sterne werden auf verschiedenen Aufnahmen verglichen – ihre Helligkeit kann sich verändern, wenn ein Objekt vor ihnen vorbeizieht und sie vorübergehend vergrößert. In diesem Fall hat ein isoliertes schwarzes Loch in der Milchstraße das „Mikrolensing“ verursacht.
© NASA, ESA, K. Sahu (STScI), J. DePasquale (STScI)

Das „Mikrolensing“ wird von Astronominnen und Astronomen genutzt, um Sterne oder Exoplaneten innerhalb unserer Galaxie zu untersuchen – oder wie in diesem Fall ein isoliertes schwarzes Loch. „Astrometrisches Mikrolensing ist vom Konzept her einfach, aber von der Beobachtung her sehr schwierig“, betont der Astronom Kailash Sahu, der eins der Teams leitet, das das schwarze Loch vermessen hat. „Mikrolensing ist die einzige verfügbare Technik, um isolierte Schwarze Löcher zu identifizieren“.

Isoliertes schwarzes Loch in der Milchstraße: Ist es ein Neutronenstern?

Mithilfe des „Mikrolensing“ konnten die Forschenden einiges über das schwarze Loch herausfinden: Es befindet sich etwa 5000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Carina-Sagittarius-Arm der Milchstraße, in dem sich gigantische molekulare Wolken und viele junge Sterne befinden. Das schwarze Loch bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 160.000 Kilometern pro Stunde durch die Milchstraße – deutlich schneller als die meisten Sterne in der Region.

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Die beiden Teams, die das schwarze Loch in jahrelanger Arbeit vermessen haben, kommen zu leicht unterschiedlichen Ergebnissen, was die Masse des Objekts angeht: Ein Team um Kailash Sahu (Space Telescope Science Institute) schätzt das isolierte schwarze Loch auf sieben Sonnenmassen, während ein Team um Casey Lam (University of California in Berkeley) auf eine Masse von 1,6 bis 4,4 Sonnenmassen kommt. Bei dieser Schätzung könnte es sich allerdings auch um einen Neutronenstern handeln, statt um ein schwarzes Loch.

Schwarzes Loch in der Milchstraße: „Dunkles stellares Überbleibsel, das durch die Galaxie wandert“

„So sehr wir gerne sagen möchten, dass es definitiv ein schwarzes Loch ist, müssen wir doch von allen möglichen Lösungen berichten. Das beinhaltet ein schwarzes Loch mit einer geringen Masse und möglicherweise sogar einen Neutronenstern“, erklärt Jessica Lu aus dem Berkeley-Team in einer Mitteilung des Space Telescope Science Institute. „Was auch immer es ist, das Objekt ist das erste dunkle stellare Überbleibsel, das durch die Galaxie wandert, ohne von einem anderen Stern begleitet zu werden“, ergänzt Casey Lam.

Blick in die Tiefen des Universums – So sieht „Hubble“ das Weltall

Der Blasennebel (NGC 7635) im Sternbild Kassiopeia ist ein Emissionsnebel in etwa 7100 Lichtjahren Entfernung von der Erde. Seine Blasen-Form entsteht durch den Sternwind eines Sterns, der gerade große Mengen an Gas ausstößt. Die Gase stoßen auf eine riesige Molekülwolke, die sich in dieser Region befindet – eine Stoßwelle entsteht, die die äußere Hülle der Gasblase bildet. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Dieses Aufnahme des „Hubble“-Weltraumteleskops zeigt den offenen Sternhaufen Trumpler 14 (auch Collinder 230) im Sternbild „Kiel des Schiffs“. Der Sternhaufen befindet sich etwa 9000 Lichtjahre entfernt im Carinanebel. Er ist einer der jüngeren Sternhaufen der Milchstraße und nur etwa 300.000 bis 500.000 Jahre alt. Trumpler 14 beherbert etwa 2000 junge Sterne, unter anderem einen der hellsten Sterne der Milchstraße. © NASA, ESA, and J. Maíz Apellániz (Institute of Astrophysics of Andalusia, Spain); Acknowledgment: N. Smith (University of Arizona)

Die „Säulen der Schöpfung“ sind eines der berühmtesten „Hubble“-Bilder überhaupt. Hier blickt das Nasa-Weltraumteleskop auf eine kleine Region des Adler-Nebels (M16), es handelt sich um ein Sternenentstehungsgebiet etwa 6500 Lichtjahre von der Erde entfernt. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Die Spiralgalaxie M83 (südliche Feuerradgalaxie) ist ein beliebtes Ziel für Amateurastronomen. Sie befindet sich 15 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Wasserschlange und ist am Himmel auf der südlichen Erdhalbkugel eine der hellsten Spiralgalaxien. In der „Hubble“-Aufnahme sind tausende Sternenhaufen, hunderttausende einzelne Sterne und Überbleibsel von Sternentoden (Supernovae) zu sehen. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); Acknowledgement: W. Blair (STScI/Johns Hopkins University) and R. O‘Connell (University of Virginia)

Der Ring-Nebel (M57) ist ein planetarischer Nebel im Sternbild Leier. Es handelt sich um die leuchtenden Überreste eines einst sonnenähnlichen Sterns, der vor etwa 20.000 Jahren seine äußere Gashülle abgestoßen hat. Der Ring hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Lichtjahren. Im Inneren befindet sich ein weißer Zwergstern.

Der ikonische Pferdekopfnebel ist ein beliebtes Ziel für Amateur- und Berufsastronomen. Der Pferdekopfnebel ist Teil einer Dunkelwolke im Sternbild Orion, die von einem rot leuchtenden Nebel (IC 434) beleuchtet wird. Der Nebel ist etwa 1500 Lichtjahre von der Erde entfernt.

Diese Aufnahme der elliptischen Radiogalaxie Hercules A stammt ebenfalls vom „Hubble“-Weltraumteleskop der Nasa. Die Galaxie ist 2,1 Milliarden Lichtjahre entfernt und befindet sich im Sternbild Herkules. Zu sehen sind riesige Plasma-Jets, die vermutlich von einem supermassereichen schwarzen Loch im Innern der Galaxie angetrieben werden.

Auf diesem Bild sind zwei Spiralgalaxien zu sehen, die miteinander interagieren. Die Gruppe trägt den Namen Arp 273. Dass die beiden Galaxien in dieser Gruppe miteinander interagieren oder interagiert haben, erkennt man der US-Raumfahrtorganisation Nasa zufolge an den ungewöhnlichen Spiral-Mustern. Arp 273 ist etwa 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, und auch die beiden Galaxien liegen eigentlich zehntausende Lichtjahre weit auseinander. Nur eine sehr zarte „Brücke“ verbindet die beiden.

Eine majestätische Spiralgalaxie ist auf diesem Bild des „Hubble“-Weltraumteleskops der Nasa zu sehen. Es handelt sich um die Spiralgalaxie NGC 2841, die 46 Millionen Lichtjahre entfernt, im Sternbild Großer Bär zu finden ist. © NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration; Acknowledgment: M. Crockett and S. Kaviraj (Oxford University, UK), R. O‘Connell (University of Virginia), B. Whitmore (STScI), and the WFC3 Scientific Oversight Committee

Wie ein Feuerwerk sieht diese „Hubble“-Aufnahme aus. Tatsächlich handelt es sich um das Sternentstehungsgebiet NGC 3603 im Sternbild „Kiel des Schiff“. Der Nebel ist etwa 20.000 Lichtjahre entfernt und längst nicht so friedlich, wie er aussieht: UV-Strahlung und heftige Sternenwinde haben den Blick auf den Sternhaufen freigegeben. NGC 3603 behebergt einige der größten bekannten Sterne. Sie sterben früh, weil sie ihren Wasserstoff schnell verbrennen am Ende steht eine Supernova-Explosion. © NASA, ESA, R. O‘Connell (University of Virginia), F. Paresce (National Institute for Astrophysics, Bologna, Italy), E. Young (Universities Space Research Association/Ames Research Center), the WFC3 Science Oversight Committee, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Erst kürzlich haben Forschende die erste Aufnahme vom schwarzen Loch im Zentrum unserer Milchstraße veröffentlicht. Sagittarius A* (Sgr A*) ist jedoch ganz anders als stellare schwarze Löcher: Es handelt sich um ein supermassereiches schwarzes Loch mit einer Masse von etwa vier Millionen Sonnenmassen. Für die Aufnahme wurde eine andere physikalische Methode verwendet: Die sogenannte Langbasisinterferometrie, bei der im Fall von Sgr A* mehrere Teleskope auf der ganzen Welt zusammengeschaltet wurden, um das schwarze Loch gleichzeitig zu beobachten. (tab)