Hubble-Teleskop findet mehr als 20 schwarze Löcher an einem Ort

Mit Hilfe der Beobachtungen von Hubble und Gaia sollten schwarzen Löcher mittlerer Masse im Herzen des Kugelsternhaufens NGC 6397 gefunden werden. Doch stattdessen wurde im Herzen dieses Haufens, der im Durchmesser weniger als 100 Lichtjahre misst, eine dichte Population schwarzer Löcher entdeckt.

Dieser Gravitationskollaps von Sternen kann am Computer nachgebildet werden. Dabei ist es bekannt, dass nach den uns bekannten physikalischen Gesetzen zwangsläufig ein schwarzes Loch entstehen muss. Kandidaten für den Titel „stellares Schwarzes Loch“, die höchstens ein paar Dutzend Sonnenmassen enthalten, wurden bereits in den 1970er Jahren entdeckt, vor allem wegen der Röntgenstrahlung, die von den sie umgebenden Akkretionsscheiben ausgesandt werden.

Bereits in den 1960er Jahren wurde die Entdeckung von Quasaren schnell mit der Vorstellung interpretiert, dass es sich diesmal um supermassive schwarze Löcher handele, die Materie beinhalte. Diese Hypothese wurde in den letzten fünfzig Jahren durch die Arbeiten der Physik-Nobelpreisträger Andrea Ghez und Reinhard Genzel, und in jüngerer Zeit durch die Ergebnisse der Beobachtungen der Event Horizon Telescope Kollaboration, bekräftigt.

Die angesprochenen Objekte haben jedoch einen Ursprung, der viel schwieriger zu bestimmen ist. Es wurden mehrere Hypothesen vorgeschlagen, darunter die von intermediären schwarzen Löchern mit Massen zwischen hundert Sonnenmassen und dem Millionenfachen der Masse der Sonne. Wiederholte Verschmelzungen dieser schwarzen Löcher könnten die Existenz supermassereicher schwarzer Löcher erklären.

Und es muss sie auch geben, denn seit mehreren Jahrzehnten suchen Astrophysiker bereits nach ihnen. Einige Kandidaten für diesen Titel wurden auch schon entdeckt und Theoretiker haben auch herausgefunden, dass Kugelsternhaufen durchaus geeignete Entstehungsorte für die Geburt intermediärer schwarzer Löcher sein könnten. Die Dichte der Sterne in einem Kugelsternhaufen ist viel höher als in einer normalen Galaxie. Dynamische Reibungsprozesse von Sterngas an kompakten Sternen wie etwa weißen Zwergen, Neutronensternen und stellaren schwarzen Löchern fördern – nach einer berühmten Formel des Physik-Nobelpreisträgers Chandrasekhar – eine Art Sedimentation dieser Objekte und damit Begegnungen und Verschmelzungen.

Zwanzig schwarze Löcher in einer Kugel mit einem Radius von 34 Lichtjahren

Eduardo Vitral und Gary A. Mamon sind zwei Forscher am Pariser Institut für Astrophysik. Auf der Suche nach schwarzen Löchern mittlerer Masse richteten sie ihren Blick auf einen der etwa 150 bekannten Kugelsternhaufen in der Milchstraße, die bis zu einer Million Sterne in Kugeln mit Durchmessern von höchstens ein paar hundert Lichtjahren umfassen.

Er heißt NGC 6397, ist etwa 7.800 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt und die Anzahl der Sterne außerhalb der Hauptreihe im berühmten Hertzsprung-Russell-Diagramm weisen darauf hin, dass er sehr alt ist. Er ist vor 13,4 Milliarden Jahren entstanden.
Die beiden Astrophysiker hatten sich vorgenommen, Daten über die Geschwindigkeiten, Positionen und Entfernungen der Sterne in diesem Haufen zu analysieren, die über einige Jahre hinweg vor allem mit dem Hubble-Teleskop und dem Gaia-Satelliten gesammelt wurden. Sie haben den Inhalt dieser Beobachtungen in einer Erklärung von NASA und ESA zum Ausdruck gebracht. Mamon erklärt: „Unsere Analyse ergab, dass die Charakteristika der Sternbahnformen fast zufällig über dem Kugelsternhaufen verteilt sind und nicht systematisch kreisförmig oder sehr langgestreckt.“ „Wir haben sehr starke Hinweise auf das Vorhandensein von unsichtbarer Masse in den dichten zentralen Regionen des Haufens gefunden“, sagt auch Vital, „aber wir waren überrascht, dass diese zusätzliche Masse nicht punktuell ist, sondern sich über einige Prozent der Haufengröße verteilt.“

Offensichtlich konnte es sich nicht um ein intermediäres schwarzes Loch handeln, sondern um eine Ansammlung stellarer schwarzer Löcher, da die Theorie der Sternentwicklung für einen Kugelsternhaufen nicht die Hypothese zulassen konnte, dass die notwendigerweise sehr schwach indirekt detektierten Sterne Mitglieder von Neutronensternpopulationen oder Weiße Zwerge im Herzen des Haufens sind.

Wenn wir dieses Ergebnis auf andere Kugelsternhaufen legen können wäre es interessant, festzustellen, inwieweit Kollisionen zwischen diesen schwarzen Löchern zu den Gravitationswellenquellen beitragen, die Ligo und Virgo nachweisen können.

Urhebender Autor: Laurent Sacco