SCHWARZE LÖCHER
Das brutale Ende eines Sterns
von Stefan Deiters
astronews.com
3. Mai 2012

Astronomen ist es offenbar gelungen, das brutale Ende eines Sterns zu verfolgen, der einem supermassereichen Schwarzen Loch zu nahe gekommen ist. Dabei scheint sich die unglückliche Sonne dem Schwarzen Loch nicht zum ersten Mal gefährlich genähert zu haben. Das kosmische Drama ereignete sich in einer weit entfernten Galaxie und wurde von mehreren Teleskopen beobachtet.

Ausschnitt aus einer Simulation, die zeigt, wie das Gas eines durch Gezeitenkräfte zerstörten Sterns in ein Schwarzes Loch fällt. Bild: NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University) und J. Guillochon (University of California, Santa Cruz) Die beobachtete Galaxie vor (links) und während des Helligkeitsausbruchs (rechts) auf Bildern von GALEX (oben) und Pan-STARRS-1 (unten). BildBild: NASA, S. Gezari (The Johns Hopkins University), A. Rest (STScI) und R. Chornock (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) [Großansicht]

"Nachdem der Stern von den Gezeitenkräften des Schwarzen Lochs zerrissen wurde, fällt ein Teil der Überreste in das Schwarze Loch, während ein anderer Teil mit hoher Geschwindigkeit ins All geschleudert wird", erläutert Suvi Gezari von der Johns Hopkins University im amerikanischen Baltimore. "Was wir sehen, ist das Leuchten des stellaren Gases, das mit der Zeit in das Schwarze Loch fällt. Wir können aber auch die spektrale Signatur des ausgestoßenen Gases messen, bei dem es sich offenbar hauptsächlich um Helium handelt. Das alles ähnelt der Beweisaufnahme an einem Tatort. Da wir nur sehr wenig Wasserstoff und hauptsächlich Heliumgas in den Überresten entdeckt haben, wissen wir, dass es sich bei dem zerstörten Stern um den heliumreichen Kern einer Sonne handeln muss, die ihre äußere Hülle verloren hat."

Somit dürfte der unglückliche Stern vor seinem brutalen Ende dem supermassereichen Schwarzen Loch schon einmal sehr nahe gekommen sein. Dabei ist er allerdings noch einmal davongekommen und hat nur seine äußere Hülle eingebüßt. Bei dem Stern könnte es sich, so die Theorie der Wissenschaftler, um einen roten Riesenstern gehandelt haben, der bereits einen großen Teil seines Wasserstoffvorrats in Helium umgewandelt hatte und sich somit dem Ende seines nuklearen Lebens näherte.

Der Rote Riese, so die Vermutung der Astronomen, dürfte sich in einem sehr langgezogen Orbit um das Schwarze Loch bewegt haben, so dass er sich dem supermassereichen Schwarzen Loch regelmäßig stark angenähert und sich dann wieder von ihm entfernt hat. Bei einer dieser Annäherungen muss er dann als Roter Riese seine äußere Hülle verloren haben, so dass nur noch der Kern des Sterns weiter auf seiner Bahn um das Schwarze Loch kreiste. Als dieser dann irgendwann dem Schwarzen Loch zu nahe kam, war auch dessen Schicksal besiegelt.

Astronomen hatten schon länger vermutet, dass um das zentrale Schwarze Loch unserer Milchstraße Sterne kreisen müssen, die auf diese Weise ihrer äußeren Hülle beraubt worden sind. Allerdings dürften solche schicksalhaften dichten Begegnungen von Sternen mit dem zentralen Schwarzen Loch äußerst selten sein und nur etwa alle 100.000 Jahre vorkommen. Aus diesem Grund nahmen Gezari und ihr Team mit dem Galaxy Evolution Explorer, einem Weltraumteleskop der NASA, und dem Pan-STARRS1-Teleskop auf Hawaii gleich Hunderttausende von Galaxien im Ultravioletten und im sichtbaren Bereich des Lichts ins Visier, um so die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, Zeuge eines solchen Ereignisses zu werden.

Dabei suchte das Team nach einem hellen Aufleuchten im Ultravioletten aus der Kernregion einer Galaxie, deren supermassereiches Schwarzes Loch eigentlich inaktiv sein sollte. Im Juni 2010 wurden sie fündig und konnten bei einer Galaxie, deren Licht zu uns rund 2,7 Milliarden Jahre unterwegs war, mit beiden Teleskopen ein Aufleuchten beobachten. Einen Monat später war die maximale Helligkeit erreicht, die folgenden zwölf Monate nahm diese dann langsam wieder ab. Das Aufleuchten ähnelte dabei einer Supernova, nur dauerte der Helligkeitsanstieg mit eineinhalb Monaten deutlich länger.

"Je länger das Ereignis dauerte, desto begeisterter waren wir, da uns klar war, dass wir es entweder mit einer sehr ungewöhnlichen Supernova zu tun hatten, oder aber mit einem vollkommen anderen Ereignis, wie etwa einem Stern, der gerade von einem Schwarzen Loch zerrissen wird", so Teammitglied Armin Rest vom Space Telescope Science Institute in Baltimore. Die Masse des zentralen Schwarzen Lochs der Galaxie bestimmten die Astronomen auf einige Millionen Sonnenmassen, was in etwa vergleichbar ist mit der Masse des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße.

Spektroskopische Untersuchungen mit dem Multi-Mirror Telescope auf dem Mount Hopkins in Arizona ergaben dann, dass das Schwarze Loch offenbar gerade große Mengen an Helium verschluckt. "Das leuchtende Helium war ein Hinweis auf einen heißen Akkretionsvorgang", so Gezari. "Das hat uns schon einmal alarmiert. Und die Tatsache, dass wir keinen Wasserstoff gefunden haben, hat einen sehr großen Alarm ausgelöst, den Helium ist kein typisches Gas, das man einfach so in der Nähe des Zentrums einer Galaxie findet. Es ist prozessiertes Gas, das aus dem Kern eines Sterns stammt. Es gibt an diesem Ereignis nichts, was sich einfach auf andere Weise erklären lassen würde."

Auch die gemessenen Geschwindigkeiten des Gases von mehr als 32 Millionen Kilometern pro Stunde deuten auf den Einfluss eines Schwarzen Lochs hin. "Der einzige Ort, wo wir noch solche Geschwindigkeiten sehen, sind Supernova-Explosionen", so Rest. "Aber die Tatsache, dass es im Ultravioletten leuchtet, passte nicht zu allen bekannten Supernova-Varianten."

Um schließlich sicher zu sein, dass es sich nicht doch um einen aktiven Galaxienkern handelt, nahm das Team das heiße Gas noch mit dem Weltraumteleskop Chandra ins Visier. Die dabei ermittelten Eigenschaften des Gases passten allerdings überhaupt nicht zu einem aktiven Galaxienkern.

"Das ist das erste Mal, dass wir so viele Beweise zusammentragen konnten", freut sich Gezari. "Jetzt können wir sie kombinieren, um mehr über das Schwarze Loch und den unglücklichen Stern zu erfahren. Außerdem geben uns die Beobachtungen Hinweise darauf, auf was wir zukünftig achten müssen, um weitere solche Ereignisse zu finden." Ein Fachartikel über die Beobachtungen erschien gestern online in der Wissenschaftszeitschrift Nature.