Gaia BH3: Zweitnächstes schlafendes schwarzes Loch entdeckt

Nur 1.924 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt im Sternbild Adler hat eine astronomische Forschungsgruppe ein schwarzes Loch entdeckt. Bei dem Objekt Gaia BH3 handelt es sich um das massivste schwarze Loch, das je in der Milchstraße entdeckt wurde. Es hat die 33-fache Masse der Sonne.

Es ist das der Erde zweitnächste schwarze Loch und wäre gar nicht aufgefallen, wenn es sich nicht in einer binären Umlaufbahn mit einem Begleitstern befinden würde. Dieser ist weit genug vom schwarzen Loch entfernt, um von seiner Anziehungskraft nicht verschlungen zu werden. Dennoch befindet er sich nah genug, um gravitativ an BH3 gebunden zu sein.

Entdeckt durch das Weltraumteleskop Gaia

Trotz seiner geringen Nähe zur Erde stellt BH3 absolut keine Bedrohung dar. Das Gravitationsfeld eines schwarzen Lochs ist nicht stärker als das eines Sterns mit gleicher Masse. BH3 ist das dritte schlafende schwarze Loch, das in den Daten des Weltraumteleskops Gaia entdeckt wurde. Insgesamt wurden erst 20 solcher Objekte gefunden.

Gaia ist eine Raumsonde der europäischen Raumfahrtbehörde Esa, die die Umlaufbahn der Erde um die Sonne teilt und seit 2013 in Betrieb ist. Sie kartiert die dreidimensionalen Positionen und Bewegungen der Sterne in der Milchstraße mit der bisher höchsten Präzision. Je länger sie die Sterne beobachtet, desto präziser werden ihre Messungen.

Schwarze Löcher in Groß und Klein

Schwarze Löcher lassen sich grob in verschiedene Massenkategorien einteilen. Es gibt supermassive schwarze Löcher, die das Millionen- bis Milliardenfache der Sonnenmasse haben können. Sie befinden sich meistens in den Zentren von Galaxien. Wie sie entstehen, ist bisher ungeklärt.

Die kleineren schwarzen Löcher mit stellaren Massen entstehen durch den Kollaps von Sternkernen, wenn massereiche Sterne zur Supernova werden. Sie können bis zu 65-mal so schwer sein wie die Sonne, größere können jedoch aus Verschmelzungen entstehen. In der Milchstraße soll es bis zu 100 Millionen schwarze Löcher mit stellarer Masse geben. Sie sind nicht leicht zu entdecken, da sie kein Licht aussenden.

Wenn ein solches schwarzes Loch Material von einem vorbeiziehenden oder einem Begleitstern abzweigt, wird Hitze erzeugt. Es kommt zu einem Aufflackern, wodurch Astronomen diese stellaren Objekte erkennen können.

Was wir über das System wissen

Die Objekte des entdeckten Binärsystems sind etwa 16-mal so weit voneinander entfernt wie die Erde von der Sonne. Sie umkreisen sich in einem Zyklus von 11,6 Jahren. Das schwarze Loch hat eine Masse von etwa 32,7 Sonnenmassen.

Der Stern hat dagegen nur 76 Prozent der Masse unserer Sonne. Er ist sehr arm an schweren Elementen. Das ist ein Anzeichen für sein hohes Alter, denn diese Elemente werden erst bei der Explosion von Sternen ins Universum freigegeben. Entsprechend muss der Begleitstern zu den früheren Generationen von Sternen gehören, die diese Elemente bei ihrer Entstehung nicht aufnehmen konnten, da sie kaum vorhanden waren.

Der Stern zeigt auch keine Anzeichen von Verschmutzung durch das Material, das der Vorläufer des schwarzen Lochs bei seiner Supernova ausgestoßen haben muss. Die beiden Objekte wurden vermutlich erst ein binäres Paar, nachdem sich das schwarze Loch bereits gebildet hatte.

Sterne mit Kernen, die groß genug sind, um ein schwarzes Loch von fast 33-facher Sonnenmasse zu bilden, sind schwer zu erklären. Modelle deuten jedoch darauf hin, dass dies möglich ist, wenn der massereiche Vorläuferstern ebenfalls eine geringe Metallizität aufweist.

Zur Studie

Die Forschungsergebnisse wurden am 30. März 2024 in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht: Discovery of a dormant 33 solar-mass black hole in pre-release Gaia astrometry (Entdeckung eines schlafenden Schwarzen Lochs von 33 Sonnenmassen in der Gaia-Astrometrie vor Veröffentlichung).