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Das schwarze Loch LB-1 - hier eine künstlerische Darstellung - dürfte in dieser Form eigentlich gar nicht existieren, sagen die Forscher, die das schwarze Loch entdeckt haben.

Entdeckung

Schwarzes Loch dürfte gar nicht existieren - Forscher stehen vor einem Rätsel

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Ein stellares schwarzes Loch mit 70 Sonnenmassen - eigentlich dürfte es gar nicht existieren. Doch chinesische Forscher haben das Objekt mit Hilfe einer neuen Beobachtungstechnik entdeckt.

In der Milchstraße, der Heimatgalaxie unseres Sonnensystems, gibt es 100 Millionen stellare schwarze Löcher, schätzen Forscher. Diese Objekte entstehen, wenn ein Stern am Ende seiner Lebenszeit kollabiert. Sie sind so massereich, dass nicht einmal Licht ihnen entkommen kann. Bisher gingen Forscher davon aus, dass ein stellares schwarzes Loch nicht mehr als 20 Sonnenmassen haben kann – anders als die supermassereichen schwarzen Löcher, die im Zentrum von Galaxien zu finden sind.

Doch nun haben Forscher um Jifeng Liu von der chinesischen Akademie der Wissenschaften ein deutlich größeres schwarzes Loch entdeckt – und stellen damit alle Annahmen über stellare schwarze Löcher auf den Kopf. Die Forscher entdeckten ein stellares schwarzes Loch mit einer Masse von 70 Sonnen. Dieses monströse schwarze Loch ist 15.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und trägt seit seiner Entdeckung den Namen „LB-1“. Ihre Entdeckung beschreiben die chinesischen Wissenschaftler im Fachjournal „Nature“ (doi:10.1038/s41586-019-1766-2)

Neu entdecktes stellares schwarzes Loch dürfte eigentlich nicht existieren

„Schwarze Löcher mit dieser Masse sollten laut der gängigen Modelle der Sternenentwicklung in unserer Galaxie nicht existieren“, erklärt Liu. Forscher seien bisher davon ausgegangen, dass große Sterne in der Milchstraße den Großteil ihrer Gase in starken Sternenwinden verlieren – und sie daher keine so massiven Überreste zurücklassen können. Das entdeckte schwarze Loch sei jedoch doppelt so massiv wie die Forscher es für möglich gehalten hätten, so Liu weiter. „Jetzt werden sich Theoretiker der Herausforderung stellen müssen, das zu erklären.“

Die Forscher hatten das stellare schwarze Loch mit einer neuen Beobachtungsmethode entdeckt: Mit Hilfe des größten chinesischen Teleskops, dem Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope (LAMOST) suchten sie nach Sternen, die ein unsichtbares Objekt umkreisen, weil sie von dessen Schwerkraft angezogen werden. Diese Technik wurde zwar bereits Ende des 18. Jahrhunderts entwickelt, ist jedoch erst mit modernen Teleskopen praktisch möglich geworden. Trotzdem handele es sich bei dieser Methode um die Suche nach der Nadel im Heuhaufen, heißt es in einer Mitteilung der chinesischen Akademie der Wissenschaften: Nur einer von tausend Sternen könnte um ein schwarzes Loch kreisen.

Wie entstehen stellare schwarze Löcher? Forscher müssen Modelle überarbeiten

Die Forscher waren erfolgreich – doch tatsächlich haben sie nicht das schwarze Loch* gesehen, sondern einen Stern, der acht Mal größer als unsere Sonne ist und alle 79 Tage das schwarze Loch mit einer Masse von 70 Sonnen umkreist. „Diese Entdeckung zwingt uns dazu, unsere Modelle zu überarbeiten, wie stellare schwarze Löcher entstehen.“ So reagiert David Reitze, der das LIGO-Observatorium in den USA leitet, das erstmals Gravitationswellen nachgewiesen hat, auf die chinesische Entdeckung.

„Dieses erstaunliche Ergebnis und die Messung von Kollisionen zwischen schwarzen Löchern in den vergangenen Jahren deuten auf eine Renaissance unseres Verständnisses der Astrophysik von schwarzen Löchern hin“, so Reitze weiter. Die chinesischen Forscher sehen einen Zusammenhang zwischen den Gravitationswellen-Messungen durch die Detektoren LIGO und „Virgo“ und das schwarze Loch „LB-1“, das sie entdeckt haben: In allen Fällen haben die schwarzen Löcher deutlich mehr Masse, als zuvor vermutet.

Wie ist das stellare schwarze Loch „LB-1“ entstanden?

Doch wie ist das stellare schwarze Loch „LB-1“ entstanden? Die Forscher haben mehrere Theorien:

  • Das schwarze Loch könnte das Resultat der Verschmelzung zweier Sterne sein. Der Stern, der das schwarze Loch alle 79 Tage umkreist, könnte dann der dritte (überlebende) Stern eines Dreifachsystems sein.
  • Es könnte jedoch auch sein, dass es sich um gleich zwei schwarze Löcher handelt, die sich umkreisen. Dann hätte jedes schwarze Loch etwa 35 Sonnenmassen - ein Wert, der deutlich näher an die bisherige Forschung herankommt.

Schwarze Löcher gibt es in unterschiedlichen Klassen

Es gibt unterschiedliche Klassen schwarzer Löcher:

  • Stellare schwarze Löcher entstehen, wenn ein Stern gewisser Größe kollabiert. Dabei werden die äußeren Hüllen in einer Supernova abgestoßen, während der Kern zu einem sehr kompakten Körper zusammenfällt – das schwarze Loch. Bisher dachte man, dass diese nur etwa 20 Sonnenmassen haben können – diese Theorie muss nun wohl überarbeitet werden.
  • Supermassereiche schwarze Löcher finden sich im Zentrum von Galaxien. Sie haben deutlich mehr Masse als stellare schwarze Löcher: Das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße hat eine Masse von 4,3 Millionen Sonnenmassen – und es gibt noch größere schwarze Löcher, teils auch mit einer Masse von mehreren Milliarden Sonnen.
  • Primordiale schwarze Löcher sind schwarze Löcher, die sich bereits beim Urknall gebildet haben. So die Theorie von Stephen Hawking, der Anfang der 1970er Jahre zuerst darüber nachdachte. Die primordialen schwarzen Löcher sind der Theorie nach winzig und optisch kaum zu lokalisieren. Zuletzt waren primordiale schwarze Löcher ein Thema, als Forscher nach einer Theorie suchten, die den mysteriösen „Planet 9“ in unserem Sonnensystem erklärten: Sie stellten die Theorie auf, dass es sich bei „Planet 9“ um ein primordiales schwarzes Loch in unserem Sonnensystem handelt.

Aktuelle Forschung zu schwarzen Löchern

Drei schwarze Löcher, die im Begriff sind, miteinander zu verschmelzen* - dieses seltene Phänomen haben Forscher mit Hilfe eines Tricks gefunden. Nun hoffen sie, weitere Systeme schwarzer Löcher zu finden.

Ein schwarzes Loch ist so massereich, dass es alles anzieht, was ihm zu nahe kommt. Nun haben Forscher erstmals beobachtet, wie ein schwarzes Loch einen Stern zerreißt*. 

Schwarze Löcher haben einen gefährlichen Ruf: Sie schlucken Materie - ohne Chance auf Wiederkehr. Doch ein neu entdecktes schwarzes Loch widersetzt sich diesem Stereotyp.

Das schwarze Loch mit der größten Masse, die Astronomen bisher kennen, befindet sich im Galaxienhaufen „Abell 85“. Seine Masse im Vergleich zu unserer Sonne ist gigantisch.

Von Tanja Banner

*fr.de ist Teil der bundesweiten Ippen-Digital-Zentralredaktion.

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