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Isoliertes schwarzes Loch in der Milchstraße nachgewiesen

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Von: Tanja Banner

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

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.
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.

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)

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