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SCHWARZE LÖCHER
Schwergewichtiges Paar in M33
von Stefan Deiters
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18. Oktober 2007

Schwarze Löcher, so die Theorie der Astronomen, lassen sich in zwei Gruppen unterteilen: die supermassereichen Schwarzen Löcher, die sich im Zentrum der meisten Galaxien verbergen und die stellaren Schwarzen Löcher, die am Ende der Entwicklung eines massereichen Sterns stehen. Jetzt haben Wissenschaftler das bislang massereichste Exemplar eines stellaren Schwarzen Lochs aufgespürt, das zudem noch einen äußerst massereichen Begleiter hat.

M33 X-7

So stellt sich ein Künstler das Paar aus Schwarzem Loch und Riesenstern vor. Bild: NASA / CXC / M.Weiss [Großansicht]

M33 X-7

Bild von M33 X-7, das aus Röntgendaten (blau) von Chandra und Hubble-Daten erstellt wurde.   Bild: NASA / CXC / CfA / P.Plucinsky et al. (Röntgen); NASA / STScI / SDSU /J.Orosz et al. (optisch) [Großansicht]

Der neue Rekordhalter ist Teil eines Doppelsternsystems in M33, einer uns relativ nahegelegenen Galaxie in etwa drei Millionen Lichtjahren Entfernung. Durch die Kombination von Daten des Röntgenteleskops Chandra und des Gemini-Teleskops auf Hawaii gelang es den Astronomen nun, die Masse des auch als M33 X-7 bekannten Schwarzen Lochs zu bestimmen: es ist 15,7-mal massereicher als unsere Sonne und damit das massereichste stellare Schwarze Loch, das bislang entdeckt wurde.

Stellare Schwarze Löcher sind Produkte der Entwicklung eines massereichen Sterns: Während ein Stern wie unsere Sonne am Ende seines Lebens zu einem Weißen Zwerg wird, explodieren massereichere Sterne in einer sogenannten Supernova-Explosion. Am Ende bleibt ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch zurück, das zwar ein Vielfaches der Masse unserer Sonne aufweisen kann, damit aber immer noch deutlich masseärmer ist als die Schwarzen Löcher, die sich im Zentrum von Galaxien finden. Diese haben die Millionen bis Milliarden-fache Masse unserer Sonne.

"Diese Entdeckung wirft eine ganze Reihe von Fragen auf, etwa die, wie solche großen stellaren Schwarzen Löcher überhaupt entstehen konnten", erläutert Jerome Orosz von der San Diego State University die Bedeutung des Fundes. Orosz ist Hauptautor eines Artikels über M33 X-7, der in der heutigen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Nature erscheint.

M33 X-7 ist Teil eines bemerkenswerten Doppel"stern"systems: Der Begleitstern des Schwarzen Lochs verdeckt M33 X-7 alle dreieinhalb Tage. Der Begleiter hat die 70-fache Masse unserer Sonne und ist damit selbst schon außergewöhnlich massereich und der massereichste bislang entdeckte Begleitstern eines Schwarzen Lochs in einem Doppelsternsystem.

"Wir haben hier einen gewaltigen Stern mit einem gewaltigen Schwarzen Loch als Begleiter", meint Mitautor Jeffrey McClintock vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Eventuell wird der Riesenstern auch in einer Supernova explodieren und dann haben wir hier ein Paar aus Schwarzen Löchern".

Der Fund bereitet den Astronomen allerdings auch einiges Kopfzerbrechen: Mit den konventionellen Modellen über die Entwicklung von massereichen Sternen ist die Existenz eines massereichen Schwarzen Lochs in einem dichten Orbit um einen massereichen Stern nur schwer zu erklären: Damit nämlich der eine Stern schon als Supernova explodiert sein kann, muss er eine noch größere Masse gehabt haben als sein ohnehin schon schwergewichtiger Begleiter. Je massereicher ein Stern ist, desto schneller verläuft seine Entwicklung.

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Und genau hier liegt das Problem: Ein Stern, der so massereich ist, dass er deutlich vor dem noch vorhandenen Stern explodiert ist, dürfte einen so großen Durchmesser gehabt haben, dass der jetzige Abstand zwischen den beiden Partnern dafür nicht ausgereicht hätte. Die Sterne hätten somit eine gemeinsame äußere Hülle haben müssen. Dabei, so die Theorie, geht in der Regel aber so viel Masse aus dem System verloren, dass kaum noch ein Schwarzes Loch mit der 15,7-fachen Masse unserer Sonne entstehen konnte.

Der Vorgängerstern des Schwarzen Lochs, so haben die Wissenschaftler berechnet, muss also vor der Explosion zehn Mal weniger Masse verloren haben als die Modelle vorhersagen. Wenn also äußerst massereiche Sterne weniger Masse verlieren als angenommen, könnte dies die extrem helle Supernova 2006gy erklären, von der die Forscher annehmen, dass sie einen Stern mit der 150-fachen Masse der Sonne als Auslöser hatte (astronews.com berichtete).

"Supermassereiche Sterne können deutlich konventioneller sein als manche Leute denken und bis zum Ende ihres Lebens den größten Teil ihrer Masse behalten", so Orosz. "Das wiederum kann große Auswirkungen auf die Schwarzen Löcher haben, die aus diesen stellaren Zeitbomben entstehen."

Die gute Massenbestimmung des Schwarzen Lochs und seines Begleiters wurde nur möglich, weil M33 X-7 das erste Schwarze Loch ist, das regelmäßig von seinem Begleiter verdeckt wird. Wolfgang Pietsch vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München hatte mit Hilfe des Röntgenteleskops Chandra festgestellt, dass der massereiche Begleiter des Schwarzen Lochs regelmäßig die Röntgenstrahlung "verdunkelt", die von der Akkretionsscheibe der Schwerkraftfalle ausgeht. "Wegen seiner Eigenheiten ist das Schwarze Loch ein wunderbarer Prüfstein für die Astrophysik", so Pietsch.

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siehe auch
Chandra: Hellste Supernova aller Zeiten - 8. Mai 2007
Riesensterne: Hat Eta Carinae einen Begleiter? - 28. Oktober 2005
Sterne: Das Geheimnis von Eta Carinae - 22.Juli 2004
Eta Carinae: Ein Sternenmonster am Südhimmel - 28. November 2003
Sterne: Die Geheimnisse von Eta Carinae - 3. Dezember 1999
Links im WWW
The Chandra X-ray Observatory
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