HUBBLE
Schwarzes Loch in omega Centauri?
von Stefan Deiters
astronews.com
2. April 2008

Dass der Kugelsternhaufen omega Centauri anders ist als andere Kugelsternhaufen der Milchstraße, wissen Astronomen schon länger. Jetzt könnte das Weltraumteleskop Hubble zusammen mit dem Gemini South-Teleskop auch eine Erklärung dafür gefunden haben: Im Zentrum von omega Centauri verbirgt sich offenbar ein Schwarzes Loch und der größte Kugelsternhaufen der Milchstraße ist gar keiner. 

Hubbles Blick auf omega Centauri. Foto: NASA, ESA und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA) / A. Cool (San Francisco State Univ.) und J. Anderson (STScI)  [Großansicht]

Omega Centauri ist der größte und hellste Kugelsternhaufen der Milchstraße. Und seit langer Zeit streiten Astronomen darüber, ob omega Centauri wirklich ein Kugelsternhaufen ist oder nicht vielleicht der Kern einer Zwerggalaxie, die ihre äußeren Sterne verloren hat. Neue Beobachtungen des Weltraumteleskops Hubble und des Gemini South-Teleskops sprechen jetzt für letzteres. Sie deuten darauf hin, dass sich im Zentrum von omega Centauri ein Schwarzes Loch mittlerer Größenklasse verbirgt - ein Typus also, dessen Existenz schon seit einigen Jahren vermutet wird.

"Dieses Ergebnis zeigt, dass es ein kontinuierliches Spektrum von Schwarzen Loch-Massen gibt, von den supermassereichen, über die mittleren bis hin zu den kleinen stellaren Schwarzen Löchern", erläutert Eva Noyola vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching. Die Astronomin hatte das Forscherteam geleitet, das die Entdeckung gemacht hat.

Omega Centauri ist von der Erde aus mit bloßem Auge zu erkennen und ein beliebtes Beobachtungsobjekt für Sternenfreunde auf der Südhalbkugel der Erde. Der Haufen ist 17.000 Lichtjahre von uns entfernt, erscheint aber am Himmel immer noch fast so groß wie der Vollmond. Um was es sich bei omega Centauri genau handelt, ist seit der ersten Beobachtung des Haufens umstritten: Ptolemäus hielt ihn für einen einzelnen Stern, Halley glaubte an einen Nebel und John Herschel erkannte in den 1830er Jahren einen Kugelsternhaufen.

Kugelsternhaufen sind Ansammlungen von bis zu einer Millionen Sterne, die alle durch ihre gegenseitige Anziehungskraft zusammengehalten werden. Sie gehören mit zu den ältesten Bestandteilen der Milchstraße, doch auch in den Außenbereichen anderer Galaxien wurden Kugelsternhaufensysteme nachgewiesen. Omega Centauri fällt allerdings ein wenig aus dem Rahmen: Der Haufen hat beispielsweise die zehnfache Masse von anderen massereichen Kugelsternhaufen und ist damit fast so massereich wie eine kleine Galaxie. Zudem scheint er sich schneller zu drehen und verfügt - untypisch für einen Kugelsternhaufen - über Sterne ganz unterschiedlichen Alters (astronews.com berichtete).

So hatten manche Astronomen schon länger den Verdacht, dass es sich bei omega Centauri vielleicht gar nicht um einen Kugelsternhaufen, sondern um eine Zwerggalaxie handelt, die ihre äußeren Sterne bei der engen Begegnung mit der Milchstraße verloren hat. "Der Fund eines Schwarzen Loch im Zentrum von omega Centauri könnte wichtig sein, um die Wechselwirkungen des Haufens mit unserer Milchstraße zu verstehen", so Noyola.

Die Astronomin und ihre Kollegen haben die Bewegung und die Helligkeit von Sternen im Zentrum von omega Centauri studiert. Dabei waren die Geschwindigkeiten der Sterne im Zentrum deutlich höher als man vermuten würde, wenn man die Masse des Haufens nur durch Aufsummieren der sichtbaren Sterne berechnet. Es muss also etwas sehr Massereiches im Zentrum von omega Centauri geben, das für diese Geschwindigkeiten verantwortlich ist. Und dabei handelt es sich sehr wahrscheinlich um ein Schwarzes Loch mit einer Masse von rund 40.000 Sonnenmassen.

"Vor diesen Beobachtungen hatte man nur ein anderes Beispiel für ein solches mittleres Schwarzes Loch gefunden und zwar im Kugelsternhaufen G1 in der Andromeda-Galaxie", erklärt Karl Gebhardt von der University of Texas in Austin.

Die Astronomen haben aber auch andere Möglichkeiten in Erwägung gezogen, um die hohen Geschwindigkeiten zu erklären, wie etwa einen Haufen von kompakten leuchtschwachen Objekten wie Neutronensternen oder Weißen Zwergen oder eine Gruppe von Sternen mit sehr ungewöhnlichen langgestreckten Bahnen ums Haufenzentrum, durch die die Geschwindigkeitsmessungen verfälscht werden.

Doch alle alternativen Erklärungsversuche stellten sich als unwahrscheinlich heraus: "Die normale Entwicklung eines Sternhaufens wie omega Centauri dürfte solche Szenarien nicht ermöglichen", so Noyola. "Und selbst wenn es durch irgendetwas dazu gekommen sein sollte, sind das alles sehr kurzlebige Phänomene. Ein Haufen aus ausgebrannten Sternen würde bald aus dem Zentrum wandern, sehr langgezogene Orbits würden bald kreisförmig werden."

Das in omega Centauri vermutete Schwarze Loch der Mittelklasse liefert damit einen weiteren Beweis dafür, dass Schwarze Löcher dieser Größenordnung tatsächlich existieren. Sie könnten die Bausteine für die noch erheblich größeren Schwerkraftfallen in den Zentren von Galaxien sein. Schwarze Löcher der Mittelklasse gelten bislang als relativ selten, könnten aber vielleicht doch häufiger vorkommen als gedacht, wenn sie beispielsweise auch in Zentren von Kugelsternhaufen zu finden sind.

Die Masse der Schwarzen Löcher in Galaxien steht in der Regel in einem bestimmten Verhältnis zur Gesamtmasse der Galaxie. War omega Centauri einmal eine Zwerggalaxie, sollte diese eine Masse von vielleicht zehn Millionen Sonnenmassen gehabt haben. Gilt für Zwerggalaxien die gleiche Gesetzmäßigkeit über die Schwarze Loch-Masse wie bei Galaxien hätte das jetzt entdeckte Schwarze Loch genau die richtige Größe.