24.07.2020 • AstronomieAstrophysik

Das Rätsel des verschwundenen Sterns

In einer Zwerggalaxie fehlt ein Stern – ist er zu einem schwarzen Loch kollabiert?

Beobachtungen mit dem Very Large Telescope VLT der Europäischen Süd­stern­warte ESO zeigen, dass in der 75 Millionen Licht­jahre entfernten Zwerg­galaxie PHL 293B ein instabiler masse­reicher Stern verschwunden ist. Astronomen vermuten, dass der Stern teil­weise durch Staub verdeckt wird – möglich ist aber auch, dass er zu einem schwarzen Loch kollabiert ist, ohne dabei eine Supernova zu erzeugen. „Wenn das stimmt“, so der Leiter des Beobach­tungs­teams Andrew Allan vom Trinity College Dublin, „dann wäre das der erste direkte Nachweis eines Riesen­sterns, der seine Existenz auf diese Weise beendet.“

Abb.: Künstlerische Darstellung eines verschwindenden Sterns. (Bild: L....
Abb.: Künstlerische Darstellung eines verschwindenden Sterns. (Bild: L. Calçada, ESO)

Zwischen 2001 und 2011 unter­suchten mehrere Forschungs­gruppen den mysteriösen masse­reichen Stern in der Zwerg­galaxie befindet. Ihre Beobach­tungen wiesen darauf hin, dass er sich in einem späten Stadium seiner Entwicklung befand. Allan und seine Mitarbeiter in Irland, Chile und den USA wollten mehr darüber heraus­finden, wie besonders masse­reiche Sterne enden. Dazu schien dieses Objekt das perfekte Ziel zu sein. Doch als sie 2019 das VLT der ESO auf die entfernte Galaxie richteten, konnten sie die charak­teris­tischen Signaturen des Sterns nicht mehr finden. „Wir waren über­rascht als wir heraus­fanden, dass der Stern verschwunden war“, sagt Allan.

Die Zwerggalaxie PHL 293B ist zu weit entfernt, als dass Astronomen in ihr einzelnen Sterne erkennen können. Die Forscher können jedoch die Signaturen einiger von ihnen aufspüren. Von 2001 bis 2011 zeigte das Licht der Galaxie durchweg die Signatur eines leucht­kräftigen blauen veränder­lichen Sterns, etwa 2,5 Millionen Mal heller als die Sonne. Sterne dieses Typs sind instabil und zeigen gelegentlich dramatische Veränderungen in ihrem Spektrum und ihrer Helligkeit. Sogar bei diesen Schwankungen hinter­lassen sie aber spezifische Spuren, die von den Wissen­schaftlern identi­fiziert werden können. In den Daten, die das Team 2019 sammelte, fehlten solche Spuren jedoch, so dass sich die Wissen­schaftler fragen, was mit dem Stern geschehen ist. „Es wäre höchst ungewöhnlich, dass ein so masse­reicher Stern verschwindet, ohne eine helle Supernova zu erzeugen“, sagt Allan.

Die Gruppe richtete den faser­gespeisten Echelle-Spektro­graphen ESPRESSO erstmals im August 2019 auf den Stern, wobei sie alle vier Teleskope des VLT gleich­zeitig verwendeten. Aber sie konnten die Anzeichen, die zuvor auf die Anwesenheit des Sterns hindeuteten, nicht finden. Einige Monate später unternahm die Gruppe einen Versuch mit dem Spezial-Spektro­graphen X-Shooter am VLT und fand wiederum keine Spuren des Sterns.

Das Team wandte sich dann älteren Daten zu, die am VLT und anderen Teleskopen gesammelt worden waren. „Die Science Archive Facility der ESO ermöglichte es uns, Daten desselben Objekts, die 2002 und 2009 gewonnen wurden, zu finden und zu nutzen“, sagt Andrea Mehner, eine Astronomin der ESO in Chile, die an der Studie teilnahm. „Der Vergleich der hoch­auf­lösender Spektren von 2002 mit unseren Beobach­tungen, die wir 2019 mit ESPRESSO gewonnen haben, war besonders aufschluss­reich, sowohl aus astro­no­mischer Sicht als auch aus Sicht der Instru­men­tierung.“

Die alten Daten deuteten darauf hin, dass der Stern eine starke Ausbruchs­periode durch­gemacht haben könnte, die wahr­schein­lich irgend­wann nach 2011 endete. Leucht­kräftige blaue veränder­liche Sterne neigen zu derartigen Ausbrüchen, was dazu führt, dass die Massen­verlust­rate der Sterne stark ansteigt und ihre Leucht­kraft dramatisch zunimmt.

Auf der Grundlage ihrer Beobachtungen und Modelle haben die Astronomen zwei Erklärungen für das Verschwinden des Sterns und das Fehlen einer Supernova vorge­schlagen, die mit diesem möglichen Ausbruch zusammen­hängen. Der Ausbruch könnte dazu geführt haben, dass der Stern in weniger leucht­kräftig wurde und teil­weise durch Staub verdeckt sein könnte. Alternativ sagt das Team, dass der Stern möglicher­weise in ein schwarzes Loch kollabiert ist, ohne eine Supernova zu erzeugen. Das wäre ein seltenes Ereignis: Das der­zeitiges Verständnis der Astro­physiker darüber, wie masse­reiche Sterne enden, deutet darauf hin, dass die meisten von ihnen ihr Leben in einer Supernova beenden.

Weitere Studien sind notwendig, um zu bestätigen, welches Schicksal diesem Stern wider­fahren ist. Das Extremely Large Telescope der ESO, dessen Inbetrieb­nahme für das Jahr 2025 geplant ist, wird in der Lage sein, Sterne in weit entfernten Galaxien wie PHL 293B aufzu­lösen und so zur Lösung kosmischer Rätsel wie diesem beizu­tragen.

ESO / MPIA / RK

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