Sternbewegung verrät schwarzes Loch

Kugelsternhaufen gehören zu den ältesten Sternsystemen im Uni­versum. Astro­nomen haben jetzt den zur Milch­straße gehörenden Kugel­stern­haufen NGC 3201 im Stern­bild Vela mit dem MUSE-Instru­ment am Very Large Tele­scope der Europä­ischen Süd­stern­warte ESO in Chile näher unter­sucht. Das inter­natio­nale Forscher­team hat dabei fest­ge­stellt, dass sich einer der Sterne in NGC 3201 merk­würdig ver­hält: Er wird mit einer Geschwin­dig­keit von mehreren hundert­tausend Kilo­metern pro Stunde hin und her ge­schleu­dert, wobei sich dieses Muster alle 167 Tage wieder­holt.

„Der Stern umkreist etwas Unsichtbares, das eine Masse hat, die mehr als vier­mal so groß ist wie die der Sonne“ sagt Benja­min Giesers von der Uni Göttingen. „Das kann nur ein schwarzes Loch sein – das erste schwarze Loch in einem Kugel­stern­haufen, das sich direkt über seine An­zie­hungs­kraft bemerk­bar gemacht hat.“

Die Beziehung zwischen schwarzen Löchern und Kugel­stern­haufen ist bedeut­sam, aber auch geheim­nis­voll. Auf­grund ihrer großen Massen und ihres großen Alters geht man davon aus, dass die Stern­haufen eine große Anzahl von schwarzen Löchern mit stel­laren Massen erzeugt haben – sie sind im Laufe des langen Lebens des Stern­haufens ent­standen, immer dann wenn masse­reiche Sterne explo­diert und die Über­reste in sich zusam­men­ge­fallen sind.

Das MUSE-Instrument der ESO bietet Astronomen die einzig­artige Mög­lich­keit, die Bewe­gungen von Tausen­den von Sternen gleich­zeitig zu messen. Mit dieser neuen Ent­deckung ist es dem Team erst­mals gelungen, ein in­ak­tives schwarzes Loch in einem Kugel­stern­haufen zu ent­decken. Aus den Beob­ach­tungen lässt sich er­mit­teln, dass der Stern die 0,8-fache der Masse unserer Sonne hat, während sich für die Masse seines myste­ri­ösen Gegen­stücks das 4,36-fache der Masse der Sonne ergeben hat.

Kürzlich erfolgte Nachweise von Radio- und Röntgenquellen in Kugel­stern­haufen sowie die Detek­tion von Gravi­ta­tions­wellen­signalen, die durch das Ver­schmelzen von zwei schwarzen Löchern mit stel­laren Massen erzeugt wurden, deuten darauf hin, dass diese relativ kleinen schwarzen Löcher in Kugel­stern­haufen häufiger vor­kommen könnten als bisher an­ge­nommen. „Bis vor kurzem ging man davon aus, dass fast alle schwarzen Löcher nach kurzer Zeit aus den Kugel­stern­haufen ver­schwinden und dass solche Systeme gar nicht exis­tieren“, so Giesers. „Aber offen­sicht­lich ist das nicht der Fall. Diese Erkennt­nis hilft, die Ent­stehung von Kugel­haufen und die Ent­wick­lung von schwarzen Löchern und ent­spre­chenden Binär­systemen nach­zu­voll­ziehen, was für das Ver­ständ­nis von Gravi­ta­tions­wellen­quellen un­er­läss­lich ist.“

ESO / RK