Schwergewichtiges Duo

In einer Nachbargalaxie der Milchstraße haben Astronomen das bisher schwerste bekannte stellare Schwarze Loch entdeckt. Das Objekt mit der Bezeichnung M 33 X-7 besitzt knapp die 16-fache Masse unserer Sonne und ist Teil eines Doppelsternsystems. Forscher des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik waren maßgeblich daran beteiligt, das Schwarze Loch zu „wiegen“.

Schwarze Löcher künden vom Tod eines massereichen Sterns. Hat ein solcher Gasball an seinem Lebensende den Brennstoffvorrat aufgebraucht, kann er keine Energie mehr erzeugen. Der Kern des Sterns kollabiert unter dem eigenen Gewicht innerhalb von Sekunden und heizt sich dabei auf. Während das Innere weiter in sich zusammenstürzt, entsteht eine Stoßwelle, die von innen nach außen läuft und die stellare Gashülle mit sich reißt. Der Stern blitzt als Supernova auf. Übrig bleibt eine extrem dichte und massereiche Sternleiche, deren Anziehungskraft nicht einmal Licht zu entkommen vermag: ein Schwarzes Loch.

Häufig gehören solche Schwarzen Löcher zu einem Doppelsternsystem, sie kreisen also zusammen mit einem anderen Stern um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Auch das Objekt M 33 X-7 in der rund drei Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M 33 in der Konstellation Dreieck hat eine solche Partnersonne. Diese wiederum zieht bei ihrem Umlauf alle dreieinhalb Tage an dem Schwarzen Loch vorüber und „verdunkelt“ somit regelmäßig die Röntgenstrahlung, die das Massemonster umgibt. Denn das Schwarze Loch sitzt im Zentrum einer so genannten Akkretionsscheibe, in der Gasmaterie herumstrudelt wie Wasser im Badewannenabfluss, sich innen stark aufheizt und dadurch Röntgenstrahlung aussendet.

Abb. Massemonster auf der Waage: In der Galaxie M 33 sitzt ein stellares Schwarzes Loch (Pfeil). Es gehört zu einem Doppelsternsystem und hält mit knapp 16 Sonnenmassen den Rekord im „Schwergewicht“. (Bild: Wolfgang Pietsch/MPE Garching /ESA)

„Aus der Bedeckungslänge der Röntgenquelle, der Geschwindigkeit des Begleitsterns relativ zum Beobachter sowie aus dessen Spektrum konnten wir sehr exakt die Massen der beiden Komponenten des Doppelsternsystems ableiten“, sagt Wolfgang Pietsch vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München. Dabei verwendeten die Wissenschaftler die Daten des US-amerikanischen Röntgensatelliten Chandra. Weiteren Aufschluss über das System gaben Beobachtungen mit dem Gemini-Teleskop auf dem Mauna Kea in Hawaii. Die Massen der beiden kosmischen Partner ließen die Astronomen staunen: Das Schwarze Loch besitzt die 15,7-fache, der Begleitstern gar die 70-fache Masse unserer Sonne. Somit handelt es sich um das schwergewichtigste Gespann aus einem Schwarzen Loch und einem Stern, das die Forscher bisher kennen. Und das bringt sie in Erklärungsnot.

Denn mit herkömmlichen Modellen der Sternentwicklung lässt sich das schwergewichtige Duo nicht leicht interpretieren. So muss der Vorläuferstern des Schwarzen Lochs sogar eine noch größere Masse gehabt haben als sein Partnerstern und außerdem einen gigantischen Durchmesser. Wegen ihres vergleichsweise geringen Abstands sollten sich die beiden Sterne einst sogar berührt haben: Ihre äußeren Atmosphärenschichten wären miteinander verschmolzen. Zwar kennen die Astronomen solche Systeme, in denen die beiden Partner auf Tuchfühlung gegangen sind, doch fließt dabei sehr viel Masse ab, die den Sternen verloren geht.

Warum sollte einer der kosmischen Gasbälle soviel Substanz behalten haben, dass er ein Schwarzes Loch von knapp 16 Sonnenmassen hinterlassen konnte? Die Forscher vermuten, dass der Vorgängerstern wesentlich weniger Masse eingebüßt hat, als es die Theorie voraussagt. Dennoch bleibt das System rätselhaft: Wie, so lautet eine der Fragen, überstand das Doppelsternsystem die gewaltige Supernova-Explosion. In jedem Fall wird das Objekt M 33 X-7 die Astronomen noch weiter beschäftigen: „Wegen seiner Eigenheiten ist das Schwarze Loch ein wunderbarer Prüfstein für die Astrophysik“, sagt Wolfgang Pietsch.

Quelle: MPG [HOR]

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichungen:
  J. A. Orosz et al., A 15.65 Msun black hole in an eclipsing binary in the nearby spiral galaxy Messier 33, Nature 449, 872 (2007).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature06218
  W. Pietsch et al., M 33 X-7: ChASeM 33 reveals the first eclipsing black hole X-ray binary, The Astrophysical Journal 646, 420 (2006).
• Chandra-Mission:
  http://chandra.nasa.gov
• Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.:
  http://www.mpg.de
• Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching
  http://www.mpe.mpg.de