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HAWKING-STERNE
Sterne mit Schwarzem Loch im Zentrum
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik
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28. Dezember 2023

Könnten nach dem Urknall kleine Schwarze Löcher entstanden sein, die dann von gerade entstehenden Sternen eingefangen wurden? Ein Forschungsteam hat sich nun mit solchen sogenannten Hawking-Sternen befasst und kam zu einem überraschenden Ergebnis: Sterne mit Schwarzem Loch im Zentrum wären kaum von normalen Sonnen zu unterscheiden und könnten sehr langlebig sein.

Hawking-Stern

Künstlerische Darstellung des Gedankenexperiments, ein kleines Schwarzes Loch im Zentrum der Sonne zu platzieren. Bild: MPA,  Wikimedia / Creative Commons (Hintergrund) [Großansicht]

Würde man annehmen, dass kurz nach dem Urknall viele kleine Schwarze Löcher entstanden sind (sogenannte primordiale Schwarze Löcher), dann könnte man sich die Frage stellen, ob einige davon bei der Entstehung neuer Sterne eingefangen werden und was dies für die Entwicklung dieser Sterne bedeuten würde. "Wissenschaftler stellen manchmal verrückte Fragen, um ihr Wissen zu vertiefen", sagt Selma de Mink, Direktorin der Abteilung Sternforschung am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA). "Wir wissen nicht einmal, ob solche primordialen Schwarzen Löcher überhaupt existieren, aber wir können trotzdem ein interessantes Gedankenexperiment durchführen."

Primordiale Schwarze Löcher könnten sich im sehr frühen Universum mit sehr unterschiedlichen Massen gebildet haben, von einigen so klein wie ein Asteroid bis zu Tausenden von Sonnenmassen. Sie könnten einen wichtigen Bestandteil der Dunklen Materie darstellen und die Keimzellen für die supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum der heutigen Galaxien sein. Mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit könnte ein neu entstehender Stern ein Schwarzes Loch mit der Masse eines Asteroiden oder eines kleinen Mondes einfangen, und hätte dann in seinem Zentrum ein Schwarzes Loch. Ein solcher Stern wird als "Hawking-Stern" bezeichnet, benannt nach Stephen Hawking, der diese Idee erstmals in den 1970er Jahren in einem Fachartikel darlegte.

Das Schwarze Loch im Zentrum eines solchen Hawking-Sterns würde nur langsam wachsen, da der Einfall von Gas auf das Schwarze Loch durch die entweichende Leuchtkraft behindert wird. Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern hat nun die Entwicklung eines solchen Sterns mit verschiedenen Ausgangsmassen für das Schwarze Loch und mit verschiedenen Akkretionsszenarien für das Zentrum des Sterns modelliert. Ihr verblüffendes Ergebnis: Wenn die Masse des Schwarzen Lochs klein ist, ist der Stern im Wesentlichen nicht von einem normalen Stern zu unterscheiden.

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"Sterne, die ein Schwarzes Loch in ihrem Zentrum beherbergen, können erstaunlich lange leben", sagt Earl Patrick Bellinger, MPA-Postdoc und jetzt Assistenzprofessor an der Yale University, der die Studie leitete. "Unsere Sonne könnte in ihrem Zentrum sogar ein Schwarzes Loch haben, das so groß ist wie der Planet Merkur, ohne dass wir es bemerken."

Der Hauptunterschied zwischen einem solchen Hawking-Stern und einem normalen Stern zeigt sich in der Nähe des Kerns, der durch die Akkretion auf das Schwarze Loch konvektiv wird. Dies würde die Eigenschaften des Sterns an seiner Oberfläche nicht verändern und sich den derzeitigen Nachweisverfahren entziehen. Er könnte jedoch mithilfe des relativ neuen Gebiets der Asteroseismologie nachgewiesen werden, bei der man akustische Schwingungen nutzt, um das Innere eines Sterns zu untersuchen. Auch in seiner späteren Entwicklung, in der Rote-Riesen-Phase, könnte das Schwarze Loch zu charakteristischen Signaturen führen. Mit künftigen Projekten wie PLATO könnten solche Objekte entdeckt werden.

Es sind jedoch weitere Simulationen erforderlich um herauszufinden, welche Auswirkungen ein zentrales Schwarzes Loch auf Sterne verschiedener Massen und Elementzusammensetzungen hätte. Wenn primordiale Schwarze Löcher tatsächlich kurz nach dem Urknall entstanden sind, könnte die Suche nach Hawking-Sternen zu ihrem Nachweis führen. "Auch wenn die Sonne hier nur als Beispiel verwendet wurde, gibt es gute Gründe für die Annahme, dass Hawking-Sterne in Kugelsternhaufen und sehr schwach strahlenden Zwerggalaxien häufig vorkommen", betont Professor Matt Caplan von der Illinois State University. "Das bedeutet, dass Hawking-Sterne ein Werkzeug sein könnten, um sowohl die Existenz primordialer Schwarzer Löcher als auch ihre mögliche Rolle bei der Dunklen Materie zu testen."

Über ihre Studie berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erscheinen ist.

Forum
Sterne mit Schwarzem Loch im Zentrum. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
Links im WWW
Bellinger, E. P. et al (2023): Solar Evolution Models with a Central Black Hole, ApJ, 959, 113
Max-Planck-Institut für Astrophysik
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