Grand trou noir : une découverte fortuite en astronomie

Nachbeobachtungen mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in der chilenischen Atacama-Wüste bestätigten, dass es mit 31 Sonnenmassen den bisherigen Rekordhalter Cygnus X-1 um rund zehn Sonnenmassen übertrifft.

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Stellare Schwarze Löcher entstehen durch den Kollaps überschwerer Sterne, denen am Ende ihres Daseins der nukleare Brennstoff ausgegangen ist. Durch den Verlust ihrer zentralen Energiequelle konnten sie ihrer eigenen Schwerkraft plötzlich nichts mehr entgegensetzen. In solchen Fällen kommt es dann zu einer Supernova-Explosion, welche die äußere Hülle des Sterns absprengt, wärend der Kern zu einem maximal kompakten Objekt zusammenschnurrt, in dessen Zentrum gänzlich unbekannte Naturgesetze gelten dürften und aus dessen Umgebung – begrenzt vom sogenannten Ereignishorizont – nicht einmal mehr Licht entweichen kann.

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Damit sind stellare von den sogenannten supermassiven Schwarzen Löchern zu unterscheiden. Diese sind Millionen bis Milliarden Mal schwerer als stellare Schwarze Löcher und sitzen jeweils in den Zentren jeder normaler Galaxie. Auch unsere Milchstraße beherbergt ein zentrales supermassives Schwarzes Loch namens Sagittarius A* von knapp 4,3 Millionen Sonnenmassen. Der Schatten seines Ereigniskorizontes auf der umgebenden leuchtenden Materie konnte erstmals 2022 durch einen welweiten Verbund von Radioteleskopen abgebildet werden.

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Ein Zeugnis für Metallarmut

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Das neu entdeckte Objekt mit der Kennung „Gaia BH3“ ist also nicht das schwerste Schwarze Loch der Milchstraße, sondern eben nur das bisher schwerste stellare. Aber es ist auch nicht das schwerste jemals entdeckte Schwarze Loch überhaupt. Aus fernen Galaxien sind stellare Schwarze Löcher von bis zu 85 Sonnenmassen nachgewiesen, und zwar als Auslöser sogenannter Gravitationswellen, die man sich als Beben der Raumzeit selbst vorstellen kann. Wenn sehr kompakte Objekte einander eng umkreisen, dann verlieren sie mit der Zeit Energie, prallen schließlich aufeinander und verschmelzen. Dabei werden Gravitationswellen erzeugt, die man seit einigen Jahren mittels spezieller Detektoren auch aus vielen Millionen Lichtjahren Entfernung nachweisen kann.

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Das erste jemals registrierte stellare Schwarze Löch war der bisherige Milchstraßen-Champion Cygnus-X1 im Sternbild Schwan. Er wurde 1965 durch Röntgendetektoren einer Forschungsrakete nachgewiesen und war der erste Hinweis darauf, dass die bis dahin nur theoretisch beschriebene Objektklasse der Schwarzen Löcher tatsächlich in der Realität vorkommt. Trotz seiner Entfernung von mehr als 7000 Lichtjahren ist Cygnus X-1 eine der hellsten Röntgenquellen am Himmel. Es produziert diese Strahlung in einer extrem heißen Scheibe aus Materie, die das Schwarze Loch von einem Begleitstern absaugt.

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Gaia BH3 ist nun nicht nur das schwerste bisher entdeckte stellare Schwarze Loch der Milchstraße, sondern mit etwa 2000 Lichtjahren Entfernung von der Sonne auch das uns zweitnächste. Näher ist nur noch das 2022 entdeckte knapp 10 Sonnenmassen schwere Schwarze Loch „Gaia BH1“ im Sternbild Schlangenträger mit 1560 Lichtjahren. Wie der Name verrät, wurde es ebenfalls bei Auswertung von Daten des europäischen Weltraumteleskops gefunden.

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Die wissenschaftliche Bedeutung der aktuellen Entdeckung liegt vor allem in dem Befund, wonach der Begleitstern von Gaia BH3 ungewöhnlich wenig chemische Elemente in seiner Hülle hat, die schwerer als Helium sind. Da er zusammen mit dem Stern enstanden ist, aus dem schließlich das jetzt entdeckte Schwarze Loch enstand, dürfte auch dieser sehr arm an schwereren Elementen gewesen sein. Das bestätigt Vermutungen der Astrophysiker, dass diese „Metallarmut“, wie die Forscher das nennen, der Grund für die hohe Masse des Schwarzen Lochs ist. Denn metallarme Sterne scheinen vor der Supernova-Explosion weniger Masse zu verlieren, somit verbleibt mehr im Schwarzen Loch.