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GAIA
Bislang massereichstes stellares Schwarzes Loch in der Milchstraße entdeckt
von Stefan Deiters
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16. April 2024

Mithilfe des europäischen Astrometriesatelliten Gaia ist es Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gelungen, dass bislang massereichste stellare Schwarze Loch in unserer Milchstraße aufzuspüren. Das Objekt hat die 33-fache Masse unserer Sonne und fiel durch die Taumelbewegung seines Begleitsterns auf.

Gaia BH3

Künstlerische Darstellung des Schwarzen Lochs Gaia BH3 und seines Begleiters. Bild: ESO / L. Calçada [Großansicht]

Bei Schwarzen Löchern, also Objekten, die so kompakt sind, dass noch nicht einmal Licht von ihrer Oberfläche entweichen kann, lassen sich gesichert zwei Klassen unterscheiden: Supermassereiche Schwarze Löcher, die sich in Zentren von Galaxien finden und die die millionen- bis milliardenfache Masse unserer Sonne aufweisen und stellare Schwarze Löcher, die das Ergebnis der Explosion eines massereichen Sterns am Ende seines stellaren Lebens darstellen. Diese stellaren Schwarzen Löcher haben in der Regel Massen von vielleicht der zehnfachen Masse unserer Sonne.

Das massereiste bislang bekannte stellare Schwarze Loch in der Milchstraße ist Cygnus X-1 und hat die 21-fache Masse der Sonne. Somit stellt die jetzt veröffentlichte Entdeckung eines stellaren Schwarzen Lochs mit der 33-fachen Masse der Sonne eine Besonderheit dar. Mit einer Entfernung von nur 2000 Lichtjahren ist Gaia BH3 zudem das zweitnächste bekannte Schwarze Loch. Gaia BH3 befindet sich im Sternbild Adler.

Der Fund gelang eher zufällig. Das Gaia-Team war mit der Aufbereitung und Überprüfung von Gaia-Beobachtungen für eine neue Datenveröffentlichung beschäftigt: "Niemand hat erwartet, ein massereiches Schwarzes Loch in der Nähe zu finden, das bisher unentdeckt geblieben ist", sagt Pasquale Panuzzo, Astronom am Observatoire de Paris - PSL und Mitglied der Gaia-Kollaboration. "Das ist die Art von Entdeckung, die man nur einmal in seinem Forscherleben macht."

Die Entdeckung wurde dann durch Daten von verschiedenen bodengebundenen Teleskopen, darunter das Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO, bestätigt. Mit deren Hilfe war es möglich, die Eigenschaften des Begleitsterns genauer zu ermitteln, so dass sich die Masse des Schwarzen Lochs genau bestimmen ließ. Der Begleitstern von Gaia BH3 war auch für die Entdeckung des Schwarzen Lochs verantwortlich: In den Gaia-Daten war nämlich eine eigentümliche Taumelbewegung dieses Sterns aufgefallen.

Es wurden bereits stellare Schwarze Löcher mit ähnlicher Masse außerhalb unserer Galaxie und mit einer anderen Nachweismethode aufgespürt. Man vermutet, dass diese durch den Kollaps von massereichen Sternen entstanden sind, die nur über sehr wenige schwere Elemente verfügen. Diese sogenannten metallarmen Sterne verlieren im Laufe ihres stellaren Lebens weniger Masse und haben daher am Ende mehr Material übrig, aus dem ein Schwarzes Loch entstehen kann. Bisher gab es jedoch keine direkten Beweise für den Zusammenhang zwischen metallarmen Sternen und massereichen Schwarzen Löchern.

Da Gaia BH3 Teil eines Doppelsystems war und Sterne in solchen Systemen in der Regel eine ähnliche chemische Zusammensetzung aufweisen, dürfte die Analyse des Begleitsterns von Gaia BH3 auch etwas über den Anteil schwerer Elemente im Vorläuferstern des Schwarzen Lochs verraten. Tatsächlich erwies sich der Begleiter als metallarm, so dass dies auch für den Vorläufer des Schwarzen Loch gegolten haben dürfte.

"Wir haben uns für den außergewöhnlichen Schritt entschieden, diese Ergebnisse auf der Grundlage vorläufiger Daten vor der offiziellen Datenveröffentlichung zu publizieren, da die Entdeckung einzigartig ist", erklärt Elisabetta Caffau vom Observatoire de Paris - PSL. Durch die frühzeitige Bereitstellung der Daten können andere Astronomen bereits jetzt mit der Untersuchung dieses Schwarzen Lochs beginnen, ohne auf die Veröffentlichung der vollständigen Daten zu warten, die frühestens Ende 2025 erfolgen soll.

Die Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

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siehe auch
Schwarze Löcher: Neuer Rekord für stellares Schwarzes Loch - 31. Oktober 2007
 
Links im WWW
Panuzzo, P. et al. (Gaia collaboration)(2024): Discovery of a dormant 33 solar-mass black hole in pre-release Gaia astrometry, Astronomy & Astrophysics
ESO
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