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Forschende beobachten erstmals isoliertes schwarzes Loch – und greifen tief in die Trickkiste

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Von: Tanja Banner

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Schwarze Löcher sind faszinierende Himmelskörper. Forschende haben nun erstmals ein isoliertes stellares schwarzes Loch entdeckt. (Künstlerische Darstellung)
Schwarze Löcher sind faszinierende Himmelskörper. Forschende haben nun erstmals ein isoliertes stellares schwarzes Loch entdeckt. (Künstlerische Darstellung) © Imago/blickwinkel

Ein abtrünniges schwarzes Loch ist beinahe unsichtbar – doch Forschende haben tief in die Trickkiste gegriffen, um erstmals einen solchen Himmelskörper zu beobachten.

Baltimore – Schwarze Löcher sind faszinierende Himmelskörper, die es in unterschiedlichen Varianten gibt: Supermassereiche schwarze Löcher können mehrere Milliarden Sonnenmassen schwer sein und sind im Zentrum der meisten Galaxien zu finden – das gilt auch für die Milchstraße*. Stellare schwarze Löcher dagegen entstehen, wenn Sterne, die etwa die 20-fache Masse unserer Sonne haben, am Ende ihres Lebens kollabieren. Meist geschieht das im Rahmen einer Supernova. Dann entsteht ein stellares schwarzes Loch, das mehrere Sonnenmassen hat, also deutlich kleiner und leichter ist als ein supermassives schwarzes Loch.

Weil schwarze Löcher Licht schlucken, aber nicht wieder hinauslassen, sind sie nur äußerst schwer zu entdecken. Deshalb haben auch alle stellaren schwarzen Löcher, die bisher bekannt sind, einen Begleiter, beispielsweise einen Neutronenstern. Durch ihre Interaktion mit dem Stern sind sie leichter zu entdecken. Doch es müsste etwa 100 Millionen stellare schwarze Löcher alleine in der Milchstraße* geben und ein Großteil davon sollte Einzelgänger sein, sagt der Astrophysiker Kailash Sahu vom Space Telescope Science Institute in Baltimore. „Niemand war jemals in der Lage, ein isoliertes schwarzes Loch zu finden“, erklärt Sahu gegenüber dem Portal Space.com.

Erstmals frei fliegendes schwarzes Loch beobachtet – „Wissen nun, dass sie existieren“

Doch nun ist es Forschenden um Sahu offenbar erstmals gelungen, ein abtrünniges schwarzes Loch zu beobachten. Die Studie dazu wurde auf dem Preprint-Server arXiv veröffentlicht, bisher wurde sie noch nicht von Fachleuten begutachtet, wurde jedoch zur Publikation beim Fachjournal Astrophysical Journal eingereicht. Das Forschungsteam konnte für die Studie auf das „Hubble“-Weltraumteleskop zugreifen und entdeckte so ein frei fliegendes stellares Loch, das sich 5150 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. „Wir wissen nun, dass isolierte schwarze Löcher existieren“, freut sich Sahu.

Um das frei fliegende schwarze Loch aufzuspüren, nutzten die Forschenden ein Phänomen namens „Gravitationslinse“. Dieser Effekt entsteht, weil große Massen – etwa ein schwarzes Loch – durch ihre Schwerkraft Licht ablenken. Zieht also ein nahezu unsichtbares schwarzes Loch vor einem Stern vorbei, wird das Licht des Sterns von dieser „Linse“ beeinflusst. „Wenn man die von diesen massiven Objekten verursachte Lichtbeugung nachweisen und messen kann, ist es möglich, sie aufzuspüren und ihre Masse zu messen“, erläutert Sahu, die Vorgehensweise seines Teams.

Gravitationslinseneffekt verrät das frei fliegende schwarze Loch

Mehrere erdbasierte Himmelsüberwachungsprogramme halten jede Nacht Ausschau nach diesen Gravitationslinseneffekten, bei denen ein Stern über Monate hinweg langsam heller wird und dann wieder an Helligkeit verliert. Etwa 2000 dieser Effekte werden nach Angaben von Sahu jährlich entdeckt, Auslöser können neben schwarzen Löchern jedoch auch andere Himmelskörper – etwa weiße Zwerge oder Neutronensterne – sein. Weil schwarze Löcher groß seien, gehe man jedoch davon aus, dass der Mikrolensing-Effekt lang anhalte. Außerdem sollte die Linse selbst kein Licht ausstrahlen, da schwarze Löcher das nicht tun. „Wenn die ‚Hubble‘-Beobachtungen eine starke Ablenkung, aber kein Licht von der Linse zeigen, dann wäre es ein schwarzes Loch“, erklärt Sahu.

Typstellares schwarzes Loch
Entfernung zur Erde5150 Lichtjahre
Masse7,1 Sonnenmassen
Geschwindigkeit162.000 km/h

Für die Entdeckung des ersten isolierten stellaren schwarzen Lochs – ein schwarzes Loch, das im Entstehungsprozess weggeschleudert wurde und keinen Begleiter hat – kombinierten die Forschenden „Hubble“-Daten und erdbasierte Beobachtungen. Dabei entdeckten sie ein Mikrolensing-Ereignis, das 270 Tage lang anhielt – sehr wahrscheinlich das frei fliegende schwarze Loch. „Es hat zwei Jahre Planung benötigt, gefolgt von sechs Jahren Beobachtungen mit ‚Hubble‘, aber es war sehr befriedigend, das erstaunliche Resultat zu sehen“, zitiert Space.com den Hauptautoren der Studie, Sahu.

Isoliertes schwarzes Loch bewegt sich mit 162.000 Kilometern pro Stunde

Das frei fliegende schwarze Loch hat 7,1 Sonnenmassen und bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 162.000 Kilometern pro Stunde durch das Weltall. Das schwarze Loch könnte bei der Supernova-Explosion, bei der es entstand, einen Stoß bekommen haben und so wegkatapultiert worden sein.

Anmerkung der Redaktion

Dieser Artikel wurde ursprünglich am 24. Februar 2022 veröffentlicht. Da er für unsere Leser noch immer Relevanz besitzt, hat die Redaktion ihn aktualisiert.

Künftige Beobachtungen mit geplanten Teleskopen wie dem „Nancy Grace Roman“-Weltraumteleskop oder dem „Vera C. Rubin“-Teleskop in Chila könnten bei der Entdeckung weiterer stellarer schwarzer Löcher helfen, glaubt das Forschungsteam. Denn bei einem ist sich der Astrophysiker Sahu sicher: „Es muss viele von ihnen da draußen geben.“ (Tanja Banner) *fr.de ist ein Angebot von IPPEN.MEDIA.

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