Streit um ein schwarzes Loch

Befindet sich 7000 Lichtjahre von der Erde entfernt ein schwarzes Loch mit der 70-fachen Masse unserer Sonne? Mit dieser These sorgte zumindest ein inter­nationales Forscherteam um Jifeng Liu von der Universität Wuhan in China im vergangenen Jahr für Aufsehen. Zwar weisen eine Reihe von Gravitations­wellen-Ereignissen auf die Existenz von stellaren schwarzen Löchern in diesem Massenbereich hin. Doch diese befinden sich in weit entfernten Galaxien und damit im jüngeren Kosmos. In der Milchstraße sollte es derart masse­reiche schwarze Löcher jedoch aufgrund theo­retischer Erwägungen nicht geben. Solche schwarzen Löcher entstehen, wenn masse­reiche Sterne nach Verbrauch ihres nuklearen Energie­vorrats als Supernova explodieren und der Kern des Sterns zusammenstürzt. 

Doch der im Verlauf der kosmischen Evolution ange­reicherte Anteil an schweren Elementen in den Sternen der Milchstraße führt, so die Theorie, zu starken Sternwinden und besonderen Arten von Stern­explosionen, die Paar-Insta­bilitäts-Supernovae, bei denen keine Überreste zurückbleiben, weder Neutronen­sterne noch schwarze Löcher. Gab es hier also einen bislang unbe­kannten Mechanismus, der zur Entstehung eines massereichen schwarzen Lochs geführt hatte? Das würde auf gravierende Lücken im Verständnis der Entwicklung masse­reicher Sterne hindeuten – entsprechend reagierten viele Astrophysiker mit Skepsis auf den Befund von Liu und seinem Team.

Jetzt präsen­tieren Astronomen aus Belgien um Michael Abdul-Masih von der Uni­versität Löwen weitere, genauere Beo­bachtungen des fraglichen Himmels­objekts mit der Katalog­bezeichnung LB-1 – und ziehen aus ihren Daten den Schluss, dass es sich keineswegs um ein exotisches Objekt, sondern um einen recht gewöhn­lichen Doppel­stern handelt. Die Hypothese von Liu und seinen Kollegen basiert haupt­sächlich auf Veränderungen im Spektrum von LB-1, genauer: Varia­tionen des Profils der Hα-Emissions­linie. Liu und sein Team sehen eine Akkretions­scheibe um ein schwarzes Loch als Ursache der Strahlung und in der Variation des Linienprofils eine Abbildung der Orbital­bewegung dieses kompakten Objekts in dem Doppelsystem. In diesem Szenario erhalten die Forscher eine Masse von 68 Sonnen­massen für das schwarze Loch und von 8,2 Sonnenmassen für den normalen Stern, sowie eine Umlaufzeit von 78,9 Tagen.

Aus ihren Beobach­tungen mit dem Hermes-Spektro­graphen am Marcator-Teleskop auf La Palma leiten Abdul-Masih und sein Team jedoch ein anderes Szenario ab. Demnach lassen sich die Schwankungen im Profil der Hα-Emissions­linie auch durch die variable Absorption in der Atmosphäre eines zweiten gewöhnlichen Sterns erklären. Denkbar wäre, so folgern die Forscher, dass es sich bei LB-1 schlicht um einen Doppelstern aus zwei Sternen mit jeweils nur vier Sonnenmassen handele.

Doch Liu und seine Kollegen geben sich nicht geschlagen. Sie gestehen ihren Kontra­henten zwar zu, dass ein solches Szenario eine mögliche Erklärung für die Beobach­tungen bietet. Doch sie halten das Modell nicht zuletzt auf Basis eigener weiterer Beobach­tungen gleichwohl für unwahr­scheinlich. Denn es erfordere eine Einbettung des gesamten Doppel­systems in eine große Scheibe aus Gas. Diese Scheibe wäre dann die Quelle der Hα-Strahlung, die durch Absorption in den Atmo­sphären der Sterne die im Spektrum beobach­teten Veränderungen zeigt. Doch für eine solche Gasscheibe gäbe es, so die Forscher weiter, keinerlei Hinweis im Spektrum von LB-1. Liu und seine Kollegen favo­risieren daher weiterhin ein massereiches schwarzes Loch, wobei sie die Masse dieses kompakten Objekts aufgrund ihrer neuen Beobach­tungen eher im Bereich der 23- bis 65-fachen Masse der Sonne sehen. Damit würde das Objekt nicht mehr zwangs­läufig mit der Theorie kollidieren. Beide Teams wollen nun mit weiteren Beobach­tungen das Geheimnis von LB-1 lösen – und dabei vielleicht auch neue Erkennt­nisse über die Entwicklung sehr masse­reicher Sterne gewinnen.

Rainer Kayser

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  M. Abdul-Masih et al.: On the signature of a 70-solar-mass black hole in LB-1, Nature, online 30. April 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2216-x
• J. Liu et al.: Reply to: On the signature of a 70-solar-mass black hole in LB-1, Nature, online 30. April 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2217-9
• Wuhan University, Wuhan, China
• Institut für Astronomie, Königliche Universität Löwen, Belgien

Weitere Beiträge

• J. Liu et al.: A wide star–black-hole binary system from radial-velocity measurements, Nature 575, 618 (2019); DOI: /10.1038/s41586-019-1766-2

JOL