In der Großen Magellanschen Wolke, einer Nachbargalaxie in der Milchstraße, hat ein Team von Astronomen ein stellares Schwarzes Loch entdeckt, das keine Strahlung aussendet. Nur durch seine Anziehungskraft entdeckt, ist es das erste bekannte „ruhige“ Schwarze Loch außerhalb der Milchstraße. Außerdem ist dieses Schwarze Loch laut Wissenschaftlern in der Zeitschrift Nature Astronomy offenbar nicht durch eine Explosion von Sternen entstanden, sondern durch den direkten Untergang eines Sterns.
Astronomen vermuten, dass es Milliarden von stellaren Schwarzen Löchern in der Milchstraße und benachbarten Galaxien gibt: die Lokale Gruppe. Stellare Schwarze Löcher sind die Überreste großer Sterne, die mehr als das 15-fache der Masse unserer Sonne haben. Wenn diesem Stern der Kernbrennstoff ausgeht, kollabiert er unter seiner eigenen Anziehungskraft in ein Schwarzes Loch. Dieser Kollaps wird normalerweise von einer Explosion, auch Supernova genannt, begleitet, bei der die äußere Hülle des Sterns ins All geschleudert wird.
Bisher sind jedoch nur wenige stellare Schwarze Löcher bekannt, also solche, die einen Stern um ein gemeinsames Zentrum umkreisen. Die Schwarzen Löcher in diesen Doppelsystemen saugen mit ihrer starken Schwerkraft oft gasförmige Materie von ihrem Partnerstern ab. Das Gas erwärmt sich und sendet hochenergetische Röntgenstrahlen aus, die Forscher mit Teleskopen beobachten und so das Schwarze Loch nachweisen können.
Neben diesen hellen Schwarzen Löchern soll es auch viele ruhige Schwarze Löcher geben, denen keine Materie zufließt. Um nach solchen Schwarzen Löchern zu suchen, haben Tomer Shenar von der Universität Leuven in Belgien und Kollegen auf fast tausend massereiche Sterne in der Region des Tarantelnebels in der Großen Magellanschen Wolke gezeigt. Und das Team wurde fündig: Als sie den Stern namens VFTS 243 mit dem Very Large Telescope an der Europäischen Südsternwarte ESO beobachteten, entdeckten sie eine periodische Bewegung. Offenbar befindet sich um den Stern herum ein weiteres Himmelsobjekt, das zusammen mit ihm ein nahes Binärsystem bildet. Die beiden Objekte umkreisen sich alle 10,4 Tage, was die periodische Bewegung des Sterns VFTS 243 erklärt.
Aber die Forscher konnten in den Teleskopen keine Strahlung eines anderen Sterns nachweisen: Das zweite Objekt blieb völlig unsichtbar. Während der Stern die 24-fache Masse der Sonne hat, muss das zweite Objekt im Doppelsternsystem eine Masse von mindestens neun Sonnenmassen haben. „Aus der Masse des unsichtbaren Objekts folgt, dass es sich um ein Schwarzes Loch handeln muss“, erklärten Shenar und Kollegen. Da das Schwarze Loch auch keine Röntgenstrahlen aussendet, konnte das Team zum ersten Mal ein ruhendes Schwarzes Loch außerhalb der Milchstraße nachweisen, ein wichtiger erster Schritt zur Abschätzung der Häufigkeit dieser Objekte.
Als die Forscher das Doppelsternsystem genauer untersuchten, machten sie eine weitere verblüffende Beobachtung: Die Bahnen der beiden Himmelskörper sind offenbar fast kreisförmig. Wenn jedoch bei der Bildung eines stellaren Schwarzen Lochs der sinkende Stern seine äußere Hülle in den Weltraum ausstößt, erhält das Schwarze Loch einen starken Schub, der es in eine hoch orbitale Umlaufbahn bringt. Im Extremfall kann das Schwarze Loch sogar aus der Bahn geschleudert werden.
Daher deutet die kreisförmige Umlaufbahn den Forschern zufolge darauf hin, dass das Schwarze Loch von VFTS 243 ohne Supernova entstanden ist. „In letzter Zeit gab es immer wieder Hinweise auf dieses Szenario“, erklärt Shenar. „Aber unsere Studie liefert dafür wahrscheinlich einen der bisher direktesten Hinweise.“ Auch wenn zwei Schwarze Löcher verschmelzen, spielen ihre Umlaufbahnen eine wichtige Rolle. Somit haben die neuen Erkenntnisse auch Konsequenzen für die Interpretation von Gravitationswellen, die von solchen Ereignissen mit großen Detektorsystemen empfangen werden.