Schwarzes Loch in Sternhaufen außerhalb unserer Galaxie entdeckt

Internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen beobachtet Bewegung nahegelegener Sterne. Eine Presseinformation der Universität Göttingen.

Quelle: Universität Göttingen.

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein kompaktes schwarzes Loch, das 11-mal so massiv ist wie die Sonne, und einen Stern mit fünf Sonnenmassen, der es umkreist. Die beiden Objekte befinden sich in NGC 1850, einem etwa 160 000 Lichtjahre entfernten Sternhaufen aus Tausenden von Sternen in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße. Die Verzerrung der Sternform ist auf die starke Gravitationskraft des Schwarzen Lochs zurückzuführen. (Bild: ESO/M. Kornmesser)

11. November 2021 – Astronominnen und Astronomen, darunter auch von der Universität Göttingen, haben ein kleines Schwarzes Loch außerhalb der Milchstraße entdeckt. Sie spürten es auf, indem sie mit Hilfe des Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte beobachteten, wie es die Bewegung nahegelegener Sterne beeinflusst. Zum ersten Mal wurde diese Nachweismethode verwendet, um die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs außerhalb unserer Galaxie aufzudecken. Die Methode könnte der Schlüssel zum Auffinden versteckter Schwarzer Löcher in der Milchstraße und in nahe gelegenen Galaxien sein und dazu beitragen, Licht in die Entstehung und Entwicklung dieser mysteriösen Objekte zu bringen. Die Forschungsergebnisse sind in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen.

Dieses Bild zeigt NGC1850, einen Sternhaufen aus Tausenden von Sternen in der Großen Magellanschen Wolke. Die rötlichen Fäden, die den Haufen umgeben und aus riesigen Wasserstoffwolken bestehen, sind vermutlich die Überreste von Supernova-Explosionen. (Bild: ESO, NASA/ESA/M. Romaniello)

Die Forscherinnen und Forscher verwendeten Daten, die über zwei Jahre hinweg in der chilenischen Atacama-Wüste gesammelt wurden. Der Einsatz des speziellen Geräts – dem Multi Unit Spectroscopic Explorer – ermöglichte es ihnen, Gebiete mit sehr vielen Himmelskörpern zu beobachten und das Licht jedes einzelnen Sterns in der Umgebung zu analysieren. Sie sammelten dadurch Informationen über Tausende von Sternen auf einmal – mindestens zehnmal mehr als mit jedem anderen Instrument. So konnte das Team mehrere Sterne ausfindig machen, deren Bewegung die Anwesenheit des Schwarzen Lochs anzeigte. Anhand von Daten des Optical Gravitational Lensing Experiment der Universität Warschau und des Hubble Space Telescope der NASA/ESA konnten sie dessen Masse messen und ihre Ergebnisse bestätigen.

Das VISTA-Teleskop der ESO zeigt ein bemerkenswertes Bild der Großen Magellanschen Wolke, einer unserer nächsten galaktischen Nachbarn. VISTA hat diese Galaxie und ihre Schwester, die Kleine Magellansche Wolke, sowie ihre Umgebung in noch nie dagewesener Detailgenauigkeit vermessen. (Bild: ESO/VMC Survey)

Das neu entdeckte Schwarze Loch wurde in NGC 1850 entdeckt, einem etwa 160.000 Lichtjahre entfernten Sternhaufen in der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie der Milchstraße. Obwohl es für seine Verhältnisse klein ist, hat es etwa elfmal so viel Masse wie unsere Sonne. Der Hinweis, der es anfänglich „verriet“, war sein Gravitationseinfluss auf einen Stern, der die fünffache Masse der Sonne hat und das Schwarze Loch umkreist.

Schon früher haben Teams Schwarzen Löcher in anderen Galaxien entdeckt, entweder durch das Röntgenlicht, das diese beim Verschlucken von Materie aussenden, oder durch die Gravitationswellen, die bei der Kollision von Schwarzen Löchern untereinander oder mit Neutronensternen entstehen. „Die allermeisten lassen sich allerdings nur mit einer ,dynamischen‘ Methode wie in unserer aktuellen Forschungsarbeit entdecken“, sagt Prof. Dr. Stefan Dreizler von der Universität Göttingen. „Wenn Schwarze Löcher zusammen mit einem Stern ein System bilden, beeinflussen sie dessen Bewegung auf subtile, aber nachweisbare Weise, so dass wir sie mit hochentwickelten Instrumenten finden können.“

Diese Karte zeigt das südliche Sternbild Dorado und andere Sterne in dieser Himmelsregion, von denen die meisten in einer klaren, dunklen Nacht mit bloßem Auge gesehen werden können. NGC 1850 ist mit einem roten Kreis markiert. (Bild: ESO, IAU and Sky & Telescope)

Diese Entdeckung ist das erste Mal, dass ein Schwarzes Loch in einem relativ jungen Sternhaufen gefunden wurde – der Haufen ist nur etwa 100 Millionen Jahre alt, ein Wimpernschlag in astronomischen Maßstäben. Mit der dynamischen Methode können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ähnlichen Sternhaufen noch mehr Schwarze Löcher zutage fördern und ein neues Licht auf ihre Entwicklung werfen. Durch den Vergleich mit größeren Schwarzen Löchern in älteren Sternhaufen werden sie in der Lage sein, zu verstehen, wie diese Objekte wachsen. Dies geschieht möglicherweise, indem sie sich von Sternen „ernähren“ oder mit anderen Schwarzen Löchern verschmelzen. Zudem verbessert das Forschungsteam durch die Karten, auf denen die Entwicklung Schwarzer Löcher in Sternhaufen festgehalten werden, das Verständnis für den Ursprung von Quellen für Gravitationswellen.

Originalveröffentlichung
Saracino et al,”A black hole detected in the young massive LMC cluster NGC 1850” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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