Kosmisches Drama Wenn schwarze Löcher Sterne zerfetzen

Schwarze Löcher zählen zu den geheimnisvollsten Objekten des Kosmos. Forscher konnten ihnen nun dabei zusehen, wie sie sich Sterne einverleiben. Die Erkenntnisse sollen helfen, die Entwicklung von Galaxien besser zu verstehen.
Die Aufnahme zeigt die 13 Millionen Lichtjahre entfernte Nachbargalaxie Centaurus A von der Seite. Zwei große Materiestrahlen schießen aus dem gigantischen schwarzen Loch im Zentrum

Die Aufnahme zeigt die 13 Millionen Lichtjahre entfernte Nachbargalaxie Centaurus A von der Seite. Zwei große Materiestrahlen schießen aus dem gigantischen schwarzen Loch im Zentrum

Foto: ESO/NASA/ picture-alliance/ dpa

Wäre das schwarze Loch eine Gattung im Tierreich, man würde es als ebenso geduldigen wie erbarmungslosen Jäger charakterisieren. Und als sehr bewegungsfaul.

Tief im Herzen der meisten Galaxien vor sich hin schlummernd, vergehen in der Regel einige Hunderttausend Jahre, bis ein schwarzes Loch zuschlägt und sich ein neues Opfer greift: Kommt ihm ein Stern zu nahe, wird er dann von der gigantischen Schwerkraft in Stücke gerissen und schließlich verschlungen.

Dabei leuchtet die einverleibte neue Materie gleißend auf, bevor sie verschluckt wird. Und aus der Beobachtung dieses kosmischen Mahls lässt sich einiges über die Eigenschaften der Schwergewichte lernen. Jetzt haben Forscher neue Ergebnisse präsentiert.

Schwarze Löcher lassen sich nicht direkt beobachten

Schwarze Löcher gehören zu den geheimnisvollsten Objekten im Kosmos. Sie können die Masse von Millionen oder gar Milliarden Sonnen vereinen, und ihre extreme Schwerkraft sorgt dafür, dass nicht einmal das Licht aus ihnen entkommen kann. Diesem Umstand verdanken die Schwerkraftmonster ihren Namen, und er ist auch der Grund, warum sie sich mit Teleskopen nicht direkt beobachten lassen. Es sei denn, die schwarzen Löcher verschlingen fremde Sterne.

Ein solches "Gezeiten-Sternzerreiß-Ereignis" (tidal disruption event) hat ein Teleskopsystem im November 2014 in einer 290 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie registriert. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt - rund 9,5 Billionen Kilometer. Der Stern war von den starken Gezeitenkräften des schwarzen Lochs zerfetzt worden: Dessen Schwerkraft zieht dabei an der nahen Seite des Sterns stärker als an der fernen und reißt den Stern so auseinander.

Mehrere Observatorien verfolgten das kosmische Drama. Aus den Beobachtungen hat eine Gruppe um Dheeraj Pasham vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) nun die Eigendrehung des schwarzen Lochs ermittelt, den sogenannten Spin. Dieser Spin ist neben der Masse, die sich aus der Schwerkraftwirkung auf andere Himmelskörper ableiten lässt, die wichtigste Eigenschaft der schwarzen Löcher, die sich jedoch nicht einfach bestimmen lässt.

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"Es ist sehr schwierig, den Spin eines schwarzen Lochs einzugrenzen, da Spin-Effekte erst sehr nah am Loch selbst in Erscheinung treten, wo die Schwerkraft extrem stark ist und es schwierig ist, einen klaren Blick zu bekommen", erläutert Pasham in einer Mitteilung der Europäischen Raumfahrtagentur Esa. Deren Röntgensatellit "XMM-Newton" hatte das Ereignis ins Visier genommen. Die Ergebnisse ihrer Untersuchungen präsentierten  die Forscher im Fachmagazin Science.

Millionen Grad heiße Materie emittiert Röntgenstrahlung

Die Materie des zerrissenen Sterns fällt nicht direkt ins schwarze Loch, sondern sammelt sich in einer Art Strudel, der sogenannten Akkretionsscheibe, bevor sie endgültig verschluckt wird. Auf dieser Scheibe wird die Materie Millionen Grad heiß und gibt helle Röntgenstrahlung ab. Aus der Beobachtung der Akkretionsscheibe sollte sich der Spin bestimmen lassen, schildert Pasham die Annahme der Forscher. "Beobachtungen solcher Ereignisse waren jedoch nicht empfindlich genug, um diese Region starker Schwerkraft im Detail zu untersuchen - bis jetzt."

Aus dem Rhythmus der Röntgenpulse konnten die Forscher ableiten, wie schnell das schwarze Loch rotiert. Ergebnis: Die Drehung muss mindestens 50 Prozent der Lichtgeschwindigkeit betragen.

"Das ist nicht superschnell - es gibt andere schwarze Löcher, deren Spin auf nahe 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit geschätzt wird", erläutert Pasham. Es sei aber das erste Mal, dass die Forscher das Zerreißen eines Sterns für ihre Spin-Berechnungen nutzen konnten, so Pasham.

Erkenntnisse über die Entwicklung von Galaxien

Die Untersuchung demonstriert eine neue Methode, um den Spin supermassereicher schwarzer Löcher zu bestimmen. Die Spins mehrerer schwarzer Löcher vom Anbeginn der Zeit bis heute abzuschätzen, könne in Zukunft etwa bei der Untersuchung der Frage helfen, ob es eine Verbindung zwischen Alter und Spin eines schwarzen Lochs gibt, erläutern sie.

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"Ereignisse, bei denen schwarze Löcher Sterne zerreißen, die ihnen zu nahe kommen, könnten uns helfen, die Spins mehrere schwarzer Löcher zu kartieren, die nicht aktiv und sonst verborgen sind in den Zentren von Galaxien", erklärt Pasham. "Das könnte uns letztlich helfen zu verstehen, wie Galaxien sich über kosmische Zeiträume entwickelt haben."

Till Mundzeck/dpa/stu
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