Astronomen sind seit ihrer ersten Beobachtung im 17. Jahrhundert von Kugelhaufen fasziniert. Diese kugelförmigen Ansammlungen von Sternen gehören zu den ältesten bekannten Sternensystemen im Universum und stammen aus dem frühen Universum, als Galaxien gerade anfingen zu wachsen und sich zu entwickeln. Solche Cluster umkreisen die Zentren der meisten Galaxien, von denen über 150 bekanntermaßen allein zur Milchstraße gehören.
Einer dieser Cluster ist als NGC 3201 bekannt, ein Cluster, der sich etwa 16.300 Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Vela befindet. Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO am Paranal Observatory in Chile hat ein Team von Astronomen kürzlich diesen Cluster untersucht und etwas sehr Interessantes festgestellt. Laut der von ihnen veröffentlichten Studie scheint in diesem Cluster ein Schwarzes Loch eingebettet zu sein.
Die Studie erschien in der Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society unter dem Titel „Ein abgelöster Kandidat für ein Schwarzes Loch mit Sternmasse im Kugelsternhaufen NGC 3201“. Die Studie wurde von Benjamin Giesers von der Georg-August-Universität Göttingen geleitet und umfasste Mitglieder der Liverpool John Moores University, der Queen Mary University in London, des Leiden Observatory, des Instituts für Astrophysik und Weltraumwissenschaften, der ETH Zürich und des Leibniz Institute für Astrophysik Potsdam (AIP).
Für ihre Studie stützte sich das Team auf das MUSE-Instrument (Multi Unit Spectroscopic Explorer) des VLT, um NGC 3201 zu beobachten. Dieses Instrument ist einzigartig, da es Astronomen ermöglicht, die Bewegungen von Tausenden von weit entfernten Sternen gleichzeitig zu messen . Im Verlauf ihrer Beobachtungen stellte das Team fest, dass einer der Sterne des Clusters mit einer Geschwindigkeit von mehreren hundert Stundenkilometern und einem Zeitraum von 167 Tagen herumgeschleudert wurde.
Wie Giesers in einer ESO-Pressemitteilung erklärte:
“Es umkreiste etwas völlig Unsichtbares, das eine Masse hatte, die mehr als das Vierfache der Sonne betrug - dies konnte nur ein Schwarzes Loch sein! Der erste, der in einem Kugelsternhaufen gefunden wurde, indem seine Anziehungskraft direkt beobachtet wurde.”
Dieser Befund war ziemlich unerwartet und stellt das erste Mal dar, dass Astronomen ein inaktives Schwarzes Loch im Herzen eines Kugelhaufens entdecken konnten - was bedeutet, dass es derzeit keine Materie ansammelt oder von einer glühenden Gasscheibe umgeben ist. Sie konnten auch die Masse des Schwarzen Lochs abschätzen, indem sie die Bewegungen des Sterns um ihn herum maßen und so seine enorme Anziehungskraft extrapolierten.
Aufgrund seiner beobachteten Eigenschaften stellte das Team fest, dass der sich schnell bewegende Stern etwa das 0,8-fache der Masse unserer Sonne und die Masse seines Gegenstücks zum Schwarzen Loch etwa das 4,36-fache der Sonnenmasse beträgt. Damit gehört es zur Kategorie "Schwarzes Loch mit Sternmasse", bei der es sich um Sterne handelt, die die maximale zulässige Masse eines Neutronensterns überschreiten, aber kleiner sind als supermassive Schwarze Löcher (SMBHs), die in den Zentren der meisten Galaxien existieren.
Dieser Befund ist von großer Bedeutung, und zwar nicht nur, weil Astronomen zum ersten Mal ein Schwarzes Loch mit Sternmasse in einem Kugelsternhaufen beobachtet haben. Darüber hinaus bestätigt es, was Wissenschaftler seit einigen Jahren vermuten, dank kürzlich durchgeführter Radio- und Röntgenuntersuchungen von Kugelsternhaufen und der Erkennung von Gravitationswellensignalen. Grundsätzlich deutet dies darauf hin, dass Schwarze Löcher in Kugelhaufen häufiger vorkommen als bisher angenommen.
"Bis vor kurzem wurde angenommen, dass fast alle Schwarzen Löcher nach kurzer Zeit aus Kugelsternhaufen verschwinden würden und dass solche Systeme nicht einmal existieren sollten!" sagte Giesers. „Dies ist jedoch eindeutig nicht der Fall. Unsere Entdeckung ist die erste direkte Erfassung der Gravitationseffekte eines Schwarzen Lochs mit Sternmasse in einem Kugelhaufen. Dieser Befund hilft beim Verständnis der Bildung von Kugelhaufen und der Entwicklung von Schwarzen Löchern und binären Systemen - entscheidend für das Verständnis von Gravitationswellenquellen. “
Dieser Befund war auch insofern von Bedeutung, als die Beziehung zwischen Schwarzen Löchern und Kugelhaufen eine mysteriöse, aber äußerst wichtige bleibt. Aufgrund ihrer hohen Masse, ihres kompakten Volumens und ihres hohen Alters glauben Astronomen, dass Cluster im Laufe der Geschichte des Universums eine große Anzahl von Schwarzen Löchern mit Sternmasse erzeugt haben. Diese Entdeckung könnte daher viel über die Bildung von Kugelhaufen, Schwarzen Löchern und die Ursprünge von Gravitationswellenereignissen aussagen.
Und genießen Sie diesen ESO-Podcast, in dem die jüngste Entdeckung erklärt wird:
