Befindet sich das nächste Schwarze Loch in unserem „kosmischen Hinterhof“? Gaia BH1 ist 1.600 Lichtjahre von der Erde entfernt!

Normaler Begleitstern und mutiertes Schwarzes Loch in einem Doppelsternsystem

Das nächste Schwarze Loch liegt direkt in unserem kosmischen Hinterhof

(Künstlerische Darstellung des Schwarzen Lochs Gaia BH1 in der Nähe seines Begleitsterns. Dies ist das der Erde am nächsten gelegene Schwarze Loch, das jemals mit dem Gemini-Nord-Teleskop auf Hawaii entdeckt wurde. Bild über International Gemini Observatory/ NOIRLab/ NSF/ AURA/ J. da Silva/ Spaceengine/ M. Zamani.)

Schwarze Löcher mit Sternmasse sind sowohl seltsam als auch faszinierend. Sie sind außerdem größtenteils sehr weit entfernt und wahrscheinlich über unsere und andere Galaxien verteilt. Am 2. November 2022 entdeckten Astronomen mithilfe des Gemini-Nord-Teleskops auf Hawaii das der Erde am nächsten gelegene Schwarze Loch, bekannt als Gaia BH1. Das Schwarze Loch liegt etwa 1.600 Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbilds Schlangenträger. Das ist weit weg von uns. Aber es ist das bisher nächstgelegene Schwarze Loch. Und aus der Perspektive der Milchstraße liegt es direkt im Hinterhof des Universums.

Gaia BH1: Das bisher nächstgelegene Schwarze Loch

Zuvor hatten Daten der Raumsonde Gaia der Europäischen Weltraumorganisation Forscher zu der Annahme veranlasst, dass sich in diesem Sternensystem möglicherweise ein Schwarzes Loch (ein Begleitstern des Schwarzen Lochs) befindet. Dies hat nun das von NOIRLab betriebene Gemini-North-Teleskop bestätigt. Der Begleiter des Schwarzen Lochs ist ein sonnenähnlicher Stern, der das Schwarze Loch in etwa der gleichen Entfernung umkreist, die die Erde von der Sonne hat.

Der Hauptautor Kareem El Badry, Astrophysiker am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und am Max-Planck-Institut für Astronomie, sagte:

Nehmen wir zum Beispiel das Sonnensystem: Platzieren Sie ein schwarzes Loch dort, wo die Sonne ist, und die Sonne dort, wo die Erde ist, und Sie erhalten dieses System. Zwar gab es zahlreiche Entdeckungen, die angeblich ein solches System entdeckten, doch fast alle davon wurden später widerlegt. Dies ist der erste eindeutige Nachweis eines sonnenähnlichen Sterns in einer weiten Umlaufbahn um ein Schwarzes Loch mit Sternmasse in der Milchstraße.

Die Schwerkraft des Schwarzen Lochs verursacht winzige Unregelmäßigkeiten in der Bewegung des Sterns, die Gaia bereits zuvor entdeckt hatte. Vor diesem Hintergrund maß das Gemini-Nord-Teleskop die Geschwindigkeit des Begleitsterns, während dieser das Schwarze Loch umkreiste. Auf diese Weise lässt sich die Umlaufzeit des Satellits präzise messen. Wie El Badry erklärt, ist auch das Zeitfenster für Folgebeobachtungen mit dem Gemini-Nord-Teleskop eng:

Als wir erstmals Hinweise darauf erhielten, dass das System ein Schwarzes Loch enthielt, waren es nur noch eine Woche, und die beiden Objekte hatten sich in ihrer Umlaufbahn am nächsten gekommen. Messungen an diesem Punkt sind von entscheidender Bedeutung, um in Doppelsternsystemen präzise Massenschätzungen vorzunehmen. Die Fähigkeit des Gemini-Nord-Teleskops, in kurzer Zeit Beobachtungen zu liefern, ist für den Erfolg dieses Projekts von entscheidender Bedeutung. Wenn wir dieses kleine Zeitfenster verpassen, müssen wir ein weiteres Jahr warten.

Ein ruhendes Schwarzes Loch mit stellarer Masse

Gaia BH1 hat eine Masse, die etwa zehnmal so groß ist wie die unserer Sonne, und ist damit ein Schwarzes Loch mit stellarer Masse. Andere Schwarze Löcher, etwa jene im Zentrum von Galaxien, einschließlich unserer eigenen, können noch viel massereicher sein. Auch dieses neu entdeckte Schwarze Loch ist inaktiv. Dies bedeutet, dass es im Gegensatz zu einem aktiven Schwarzen Loch keine Röntgenstrahlen mehr aussendet.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass es in unserer Galaxie Millionen Schwarzer Löcher mit stellarer Masse geben könnte. Dennoch sind sie schwer zu finden und nur wenige wurden bestätigt. Sie sind am einfachsten zu finden, wenn sie einen Begleitstern wie Gaia BH1 haben. Durch die hochenergetischen Wechselwirkungen zwischen Schwarzen Löchern und Sternen sind sie leichter zu erkennen. Dies geschieht, wenn Materie von einem Stern spiralförmig in ein schwarzes Loch gerät. Während sich das Schwarze Loch von dieser Materie „ernährt“, erzeugt es Röntgenstrahlen und Materiestrahlen schießen aus der Nähe des Schwarzen Lochs heraus.

Wie El Badry bemerkte: „In den letzten vier Jahren habe ich mithilfe verschiedener Datensätze und Methoden nach ruhenden Schwarzen Löchern gesucht.“ Bei meinen früheren Versuchen – und denen anderer – hatte ich eine ganze Reihe von Doppelsternsystemen gefunden, die sich als Schwarze Löcher tarnten, aber dies war das erste Mal, dass sich die Suche auszahlte.

Unsere Folgebeobachtungen mit dem Gemini-Nord-Teleskop haben zweifelsfrei bestätigt, dass das Doppelsternsystem einen normalen Stern und mindestens ein ruhendes schwarzes Loch enthält. Wir können kein plausibles astrophysikalisches Szenario finden, das die beobachteten Umlaufbahnen des Systems erklärt, an dem nicht mindestens ein Schwarzes Loch beteiligt ist.

Wie es in der Abhandlung heißt, haben die Forscher keine alternative Erklärung für diese Beobachtungen gefunden: „Wir finden kein plausibles astrophysikalisches Szenario, das seine Umlaufbahn erklären könnte, an dem nicht ein Schwarzes Loch beteiligt ist.“

Ein besonderes System

Natürlich ist die Entdeckung selbst aufregend, aber die Astronomen haben noch immer viele Fragen. Der ursprüngliche Stern – der später zu einem schwarzen Loch wurde – wäre 20-mal massereicher gewesen als unsere Sonne, sagen Wissenschaftler. Wenn das so ist, dürfte es nur ein paar Millionen Jahre gelebt haben. Dies ist eine sehr kurze Lebensdauer für einen Stern. Wenn dieser Stern und sein Begleiter jedoch gleichzeitig entstanden sind, müsste der ursprüngliche Stern zu einem Überriesen geworden sein. Dabei würde er seinen Begleitstern verschlingen. Dies ist jedoch offenbar nicht geschehen, da der Begleitstern immer noch vorhanden ist. Wird der Begleitstern irgendwie überleben?

Die Tatsache, dass dieser Begleitstern noch existiert, ist ein Rätsel. Dies bedeutet, dass in unseren theoretischen Modellen zu Schwarzen Löchern möglicherweise eine Lücke besteht. El Badry kommentiert: „Interessanterweise lässt sich dieses System nicht ohne Weiteres mit den standardmäßigen binären Evolutionsmodellen vereinbaren.“ Es wirft viele Fragen darüber auf, wie dieses Doppelsternsystem entstanden ist und wie viele dieser ruhenden Schwarzen Löcher es gibt.

Martin Still, Gemini-Programmverantwortlicher bei der National Science Foundation, fügte hinzu: „Während dies zukünftige Entdeckungen einer ruhenden Population Schwarzer Löcher in unserer eigenen Galaxie ankündigen könnte, geben diese Beobachtungen auch ein Rätsel auf: Warum ist der Begleitstern in diesem Doppelsternsystem so normal, obwohl er eine gemeinsame Geschichte mit seinem bizarren Nachbarn hat?“

VON: Paul Scott Anderson

FY: Raywannabethelight

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