Astronomie

Ist das „unmögliche“ schwarze Loch vielleicht etwas ganz anderes? Deutsche Forscher haben eine Vermutung

Chinesische Forscher haben ein unmöglich schweres schwarzes Loch präsentiert - nun haben deutsche Forscher eine andere Erklärung für diese Entdeckung.

  • Chinesische Forscher berichten in „Nature“ von der Entdeckung eines „unmöglichen“ schwarzen Lochs
  • Für ein stellares schwarzes Loch ist es mit 70 Sonnenmassen viel zu schwer - dürfte gar nicht existieren
  • In Fachkreisen kommt schnell Widerspruch, nun präsentieren deutsche Forscher eine andere Lösung

Update vom 24. Januar 2020: Im November 2019 gaben chinesische Forscher eine Entdeckung bekannt, die für Erstaunen und Unglauben in der Fachwelt sorgte: Sie hatten ein stellares schwarzes Loch mit einer Masse von 70 Sonnen entdeckt. Ein solches schwarzes Loch dürfte eigentlich nicht existieren - Wissenschaftler gehen davon aus, dass stellare schwarze Löcher nicht mehr als 20 Sonnenmassen haben können. Schnell kam Kritik aus der Fachwelt, gleich drei Arbeiten setzten sich mit dem ungewöhnlichen schwarzen Loch auseinander, das die chinesischen Forscher nicht direkt gesehen hatten, sondern über einen Stern fanden, der das schwarze Loch umkreiste.

Deutsche Astronomen veröffentlichen Studie zu „unmöglichem“ schwarzen Loch

Nun ist einige Zeit vergangen, seit die ersten Arbeiten veröffentlicht wurden, und eine neue Studie wurde im Fachmagazin „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht. Bei den Autoren handelt es sich um ein Forscherteam von der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und der Universität Potsdam. Sie hatten sich das schwarze Loch, über das derzeit debattiert wird, angeschaut und kommen zu dem Schluss, dass es sich bei dem Objekt gar nicht unbedingt um ein schwarzes Loch handeln muss.

Die Astronomen schauten sich den Begleitstern des schwarzen Lochs an, den auch die chinesischen Forscher untersucht hatten. Besonders die Häufigkeiten der chemischen Elemente an der Oberfläche des Sterns interessierten die Forscher, die feststellten, dass die gemessenen Häufigkeiten von Helium, Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff so gar nicht denen normaler massereicher Sterne ähneln. „Auf den ersten Blick wirkt das Spektrum tatsächlich wie das eines gewöhnlichen jungen massereichen Sterns – bis auf einige merkwürdige Details. Deswegen haben wir die Daten noch einmal genauer betrachtet“, erklärt Dr. Andreas Irrgang von der Dr. Karl Remeis-Sternwarte Bamberg, dem astronomischen Institut der FAU.

„Unmögliches“ schwarzes Loch könnte ein massereicher Neutronenstern sein

Das ungewöhnliche chemische Muster des Sterns könnte eine Folge einer Interaktion des Sterns mit seinem Begleiter sein, vermuten die Forscher. Durch die Wechselwirkung könnte der Stern seine äußeren Schichten verloren haben, nur sein hüllenloser Kern ist übrig geblieben. Dieser hüllenlose Kern hätte jedoch deutlich weniger Masse als ein normaler Stern. Die chinesischen Forscher hatten für ihre Studie angenommen, dass der Stern die Masse von acht Sonnen hat.

Die deutschen Forscher kombinierten ihre Ergebnisse mit neuen Entfernungsmessungen des Esa-Satelliten „Gaia“ und schätzten die Masse des Sterns auf 1,1 Sonnenmassen. Diese neuen Ergebnisse wirken sich auch auf das schwarze Loch aus, das die chinesischen Forscher in ihrer Studie 2019 vorstellten. Legt man die Ergebnisse der deutschen Forscher zugrunde, hat es nicht mehr 70 Sonnenmassen, sondern im kleinsten Fall nur etwa zwei bis drei Sonnenmassen, wie die deutschen Forscher ermittelt haben. In diesem Fall könnte es sich auch einfach um einen massereichen Neutronenstern oder einen ganz gewöhnlichen Stern handeln, folgern die Forscher.

„Unmögliches“ schwarzes Loch: Forscher haben Zweifel an chinesischer Studie

Update vom 10. Dezember 2019: Nachdem chinesische Forscher die Existenz eines eigentlich unmöglichen - weil viel zu massereichen - stellaren schwarzen Lochs im Fachmagazin „Nature“ bekanntgegeben haben, gibt es Widerspruch von Fachkollegen. Gleich drei Arbeiten, die auf dem Portal arXiv.org veröffentlicht wurden, beschäftigen sich mit dem ungewöhnlichen schwarzen Loch „LB-1“. Sechs Autoren schreiben in ihrer Studie „Es ist sehr unwahrscheinlich, dass das schwarze Loch in diesem System diese extreme Masse hat“. Stattdessen sei es wahrscheinlicher, dass es sich um ein typisches schwarzes Loch handele, wie man es in unserer Galaxie erwarte (arXiv:1912.03599).

Gleich 16 Forscher argumentieren in einer weitere Studie (arXiv:1912.04092), dass die Werte, von denen die chinesischen Forscher die Masse des schwarzen Loches abgeleitet haben, tatsächlich von der Bewegung des Sterns herrührt, der um das schwarze Loch kreist. Sie schreiben: „Als Konsequenz gibt es keinen Beweis für ein massives schwarzes Loch in den Daten.“ Eine weitere Studie (arXiv:1912.04185) von zwei Forschern kommt ebenfalls zu dem Schluss, dass es „unwahrscheinlich“ sei, dass es das stellare schwarze Loch mit einer Masse von 70 Sonnen tatsächlich gibt. „Die Gestalt des unsichtbaren Gefährten bleibt unklar“, heißt es darin. Allerdings sei ein „normales“ stellares schwarzes Loch mit einer Masse von 5 bis 20 Sonnenmassen am plausibelsten.

Chinesische Forscher entdecken „unmögliches“ stellares schwarzes Loch

Erstmeldung vom 30. November 2019: In der Milchstraße, der Heimatgalaxie unseres Sonnensystems, gibt es 100 Millionen stellare schwarze Löcher, schätzen Forscher. Diese Objekte entstehen, wenn ein Stern am Ende seiner Lebenszeit kollabiert. Sie sind so massereich, dass nicht einmal Licht ihnen entkommen kann. Bisher gingen Forscher davon aus, dass ein stellares schwarzes Loch nicht mehr als 20 Sonnenmassen haben kann – anders als die supermassereichen schwarzen Löcher, die im Zentrum von Galaxien zu finden sind.

Doch nun haben Forscher um Jifeng Liu von der chinesischen Akademie der Wissenschaften ein deutlich größeres schwarzes Loch entdeckt – und stellen damit alle Annahmen über stellare schwarze Löcher auf den Kopf. Die Forscher entdeckten ein stellares schwarzes Loch mit einer Masse von 70 Sonnen. Dieses monströse schwarze Loch ist 15.000 Lichtjahre von der Erde entfernt und trägt seit seiner Entdeckung den Namen „LB-1“. Ihre Entdeckung beschreiben die chinesischen Wissenschaftler im Fachjournal „Nature“ (doi:10.1038/s41586-019-1766-2)

Neu entdecktes stellares schwarzes Loch dürfte eigentlich nicht existieren

„Schwarze Löcher mit dieser Masse sollten laut der gängigen Modelle der Sternenentwicklung in unserer Galaxie nicht existieren“, erklärt Liu. Forscher seien bisher davon ausgegangen, dass große Sterne in der Milchstraße den Großteil ihrer Gase in starken Sternenwinden verlieren – und sie daher keine so massiven Überreste zurücklassen können. Das entdeckte schwarze Loch sei jedoch doppelt so massiv wie die Forscher es für möglich gehalten hätten, so Liu weiter. „Jetzt werden sich Theoretiker der Herausforderung stellen müssen, das zu erklären.“

Die Forscher hatten das stellare schwarze Loch mit einer neuen Beobachtungsmethode entdeckt: Mit Hilfe des größten chinesischen Teleskops, dem Large Sky Area Multi-Object Fibre Spectroscopic Telescope (LAMOST) suchten sie nach Sternen, die ein unsichtbares Objekt umkreisen, weil sie von dessen Schwerkraft angezogen werden. Diese Technik wurde zwar bereits Ende des 18. Jahrhunderts entwickelt, ist jedoch erst mit modernen Teleskopen praktisch möglich geworden. Trotzdem handele es sich bei dieser Methode um die Suche nach der Nadel im Heuhaufen, heißt es in einer Mitteilung der chinesischen Akademie der Wissenschaften: Nur einer von tausend Sternen könnte um ein schwarzes Loch kreisen.

Wie entstehen stellare schwarze Löcher? Forscher müssen Modelle überarbeiten

Die Forscher waren erfolgreich – doch tatsächlich haben sie nicht das schwarze Loch* gesehen, sondern einen Stern, der acht Mal größer als unsere Sonne ist und alle 79 Tage das schwarze Loch mit einer Masse von 70 Sonnen umkreist. „Diese Entdeckung zwingt uns dazu, unsere Modelle zu überarbeiten, wie stellare schwarze Löcher entstehen.“ So reagiert David Reitze, der das LIGO-Observatorium in den USA leitet, das erstmals Gravitationswellen nachgewiesen hat, auf die chinesische Entdeckung.

„Dieses erstaunliche Ergebnis und die Messung von Kollisionen zwischen schwarzen Löchern in den vergangenen Jahren deuten auf eine Renaissance unseres Verständnisses der Astrophysik von schwarzen Löchern hin“, so Reitze weiter. Die chinesischen Forscher sehen einen Zusammenhang zwischen den Gravitationswellen-Messungen durch die Detektoren LIGO und „Virgo“ und das schwarze Loch „LB-1“, das sie entdeckt haben: In allen Fällen haben die schwarzen Löcher deutlich mehr Masse, als zuvor vermutet.

Wie ist das stellare schwarze Loch „LB-1“ entstanden?

Doch wie ist das stellare schwarze Loch „LB-1“ entstanden? Die Forscher haben mehrere Theorien:

  • Das schwarze Loch könnte das Resultat der Verschmelzung zweier Sterne sein. Der Stern, der das schwarze Loch alle 79 Tage umkreist, könnte dann der dritte (überlebende) Stern eines Dreifachsystems sein.
  • Es könnte jedoch auch sein, dass es sich um gleich zwei schwarze Löcher handelt, die sich umkreisen. Dann hätte jedes schwarze Loch etwa 35 Sonnenmassen - ein Wert, der deutlich näher an die bisherige Forschung herankommt.

Schwarze Löcher gibt es in unterschiedlichen Klassen

Es gibt unterschiedliche Klassen schwarzer Löcher:

  • Stellare schwarze Löcher entstehen, wenn ein Stern gewisser Größe kollabiert. Dabei werden die äußeren Hüllen in einer Supernova abgestoßen, während der Kern zu einem sehr kompakten Körper zusammenfällt – das schwarze Loch. Bisher dachte man, dass diese nur etwa 20 Sonnenmassen haben können – diese Theorie muss nun wohl überarbeitet werden.
  • Supermassereiche schwarze Löcher finden sich im Zentrum von Galaxien. Sie haben deutlich mehr Masse als stellare schwarze Löcher: Das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße hat eine Masse von 4,3 Millionen Sonnenmassen – und es gibt noch größere schwarze Löcher, teils auch mit einer Masse von mehreren Milliarden Sonnen.
  • Primordiale schwarze Löcher sind schwarze Löcher, die sich bereits beim Urknall gebildet haben. So die Theorie von Stephen Hawking, der Anfang der 1970er Jahre zuerst darüber nachdachte. Die primordialen schwarzen Löcher sind der Theorie nach winzig und optisch kaum zu lokalisieren. Zuletzt waren primordiale schwarze Löcher ein Thema, als Forscher nach einer Theorie suchten, die den mysteriösen „Planet 9“ in unserem Sonnensystem erklärten: Sie stellten die Theorie auf, dass es sich bei „Planet 9“ um ein primordiales schwarzes Loch in unserem Sonnensystem handelt.

Aktuelle Forschung zu schwarzen Löchern

Mit Hilfe einer künstlichen Intelligenz haben Forscher möglicherweise gefährliche Asteroiden identifiziert.

Drei schwarze Löcher, die im Begriff sind, miteinander zu verschmelzen* - dieses seltene Phänomen haben Forscher mit Hilfe eines Tricks gefunden. Nun hoffen sie, weitere Systeme schwarzer Löcher zu finden.

Ein schwarzes Loch ist so massereich, dass es alles anzieht, was ihm zu nahe kommt. Nun haben Forscher erstmals beobachtet, wie ein schwarzes Loch einen Stern zerreißt*. 

Schwarze Löcher haben einen gefährlichen Ruf: Sie schlucken Materie - ohne Chance auf Wiederkehr. Doch ein neu entdecktes schwarzes Loch widersetzt sich diesem Stereotyp.

Das schwarze Loch mit der größten Masse, die Astronomen bisher kennen, befindet sich im Galaxienhaufen „Abell 85“. Seine Masse im Vergleich zu unserer Sonne ist gigantisch.

Forscher haben eine Nahrungsquelle schwarzer Löcher im frühen Universum entdeckt. Sie kommen damit der Frage auf die Spur, wie sich schwarze Löcher in der Frühzeit des Universums so schnell vergrößern konnten.

Ein bisher unscheinbares Sternensystem im Sternbild Pfeil ist auf bestem Wege, zu verschmelzen. Forscher haben einen nicht allzu fernen Zeitraum dafür berechnet.

Von Tanja Banner

*fr.de ist Teil der bundesweiten Ippen-Digital-Zentralredaktion.

Rubriklistenbild: © NASA/JPL-Caltech

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