ESO-Instrument entdeckt erdnächstes Schwarzes Loch

„Wir waren völlig überrascht, als wir feststellten, dass dies das erste Sternsystem mit einem Schwarzen Loch ist, das man mit bloßem Auge sehen kann“, sagt Petr Hadrava, emeritierter Wissenschaftler an der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik in Prag und Mitverfasser der Forschungsarbeit.

Das System befindet sich im Sternbild Telescopium und ist uns so nahe, dass seine Sterne von der Südhalbkugel aus in einer dunklen, klaren Nacht ohne Fernglas oder Teleskop beobachtet werden können. „Dieses System enthält das der Erde nächstgelegene Schwarze Loch, von dem wir wissen“, sagt der ESO-Wissenschaftler Thomas Rivinius, der die heute in Astronomie & Astrophysik veröffentlichte Studie leitete.

Das Team beobachtete das System mit der Bezeichnung HR 6819 ursprünglich als Teil einer Studie über Doppelsternsysteme. Als sie ihre Beobachtungen analysierten, waren sie jedoch verblüfft, als sie einen dritten, bisher unentdeckten Körper in HR 6819 entdeckten: ein Schwarzes Loch.

Die Beobachtungen mit dem FEROS-Spektrographen am MPG/ESO-2,2-Meter-Teleskop in La Silla zeigten, dass einer der beiden sichtbaren Sterne alle 40 Tage ein unsichtbares Objekt umkreist, während der zweite Stern sich in großer Entfernung von diesem inneren Paar befindet.

Dietrich Baade, emeritierter Astronom an der ESO in Garching und Mitautor der Studie, sagt: „Die Beobachtungen, die zur Bestimmung des Zeitraums von 40 Tagen notwendig waren, mussten über mehrere Monate verteilt werden. Dies war nur dank des bahnbrechenden Service-Beobachtungsschemas der ESO möglich, bei dem die Beobachtungen von ESO-Mitarbeitern im Namen der Wissenschaftler, die sie benötigen, durchgeführt werden“.

Das verborgene Schwarze Loch in HR 6819 ist eines der allerersten gefundenen Schwarzen Löcher mit stellarer Masse, die nicht gewaltsam mit ihrer Umgebung interagieren und daher wirklich schwarz erscheinen.

Aber die Forscher konnten seine Anwesenheit ausmachen und seine Masse berechnen, indem sie die Umlaufbahn des Sterns im inneren Paar untersuchten. „Ein unsichtbares Objekt mit einer Masse, die mindestens viermal so groß ist wie die der Sonne, kann nur ein Schwarzes Loch sein“, folgert Rivinius, der in Chile ansässig ist.

Astronomen haben bisher nur ein paar Dutzend Schwarze Löcher in unserer Galaxie entdeckt, die fast alle in starker Interaktion mit ihrer Umgebung stehen und ihre Anwesenheit durch die Freisetzung starker Röntgenstrahlung in dieser Wechselwirkung verraten. Wissenschaftler schätzen jedoch, dass im Laufe der Lebenszeit der Milchstraße viel mehr Sterne zu Schwarzen Löchern kollabierten, als diese ihr Leben beendeten.

Die Entdeckung eines stillen, unsichtbaren Schwarzen Lochs in HR 6819 gibt Hinweise darauf, wo sich die vielen versteckten Schwarzen Löcher in der Milchstraße befinden könnten. „Es muss Hunderte von Millionen Schwarzer Löcher geben, aber wir wissen nur von sehr wenigen. Wenn wir wissen, wonach wir suchen müssen, sollten wir besser in der Lage sein, sie zu finden“, sagt Rivinius. Baade fügt hinzu, dass die Suche nach einem Schwarzen Loch in einem Dreifachsystem so nahe beieinander bedeutet, dass wir nur „die Spitze eines aufregenden Eisbergs“ sehen.

Schon jetzt glauben die Astronomen, dass ihre Entdeckung Aufschluss über ein zweites System geben könnte. „Wir erkannten, dass ein anderes System, genannt LB-1, ebenfalls ein solches Dreifachsystem sein könnte, auch wenn wir mehr Beobachtungen benötigen würden, um dies sicher sagen zu können“, sagt Marianne Heida, eine Postdoc-Stipendiatin der ESO und Mitautorin der Arbeit.

„LB-1 ist etwas weiter von der Erde entfernt, aber astronomisch gesehen immer noch ziemlich nah, was bedeutet, dass wahrscheinlich noch viel mehr dieser Systeme existieren. Wenn wir sie finden und untersuchen, können wir viel über die Entstehung und Entwicklung dieser seltenen Sterne lernen, die ihr Leben mit mehr als etwa der achtfachen Masse der Sonne beginnen und in einer Supernova-Explosion enden, die ein Schwarzes Loch hinterlässt.“

Die Entdeckungen dieser Dreifachsysteme mit einem inneren Paar und einem fernen Stern könnten auch Hinweise auf die heftigen kosmischen Verschmelzungen liefern, die Gravitationswellen freisetzen, die stark genug sind, um auf der Erde entdeckt zu werden.

Einige Astronomen glauben, dass diese Verschmelzungen in Systemen mit einer ähnlichen Konfiguration wie HR 6819 oder LB-1 stattfinden können, bei denen das innere Paar jedoch aus zwei Schwarzen Löchern oder aus einem Schwarzen Loch und einem Neutronenstern besteht.

Das entfernte äußere Objekt kann das innere Paar durch Gravitation so beeinflussen, dass es eine Verschmelzung und die Freisetzung von Gravitationswellen herbeiführt. Obwohl HR 6819 und LB-1 nur ein Schwarzes Loch und keine Neutronensterne haben, könnten diese Systeme den Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie es zu Sternkollisionen in Dreifachsternsystemen kommen kann.

Weitere Informationen
Diese Forschung wurde in dem heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlichten Artikel „A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the inner binary“ vorgestellt.

Das Team besteht aus Th. Rivinius (Europäische Südsternwarte, Santiago, Chile), D. Baade (Europäische Südsternwarte, Garching, Deutschland [ESO Deutschland]), P. Hadrava (Astronomisches Institut, Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik, Prag, Tschechische Republik), M. Heida (ESO Deutschland) und R. Klement (The CHARA Array of Georgia State University, Mount Wilson Observatorium, Mount Wilson, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik.

Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner. Die ESO führt ein ehrgeiziges Programm durch, das sich auf die Planung, den Bau und den Betrieb leistungsfähiger bodengebundener Beobachtungseinrichtungen konzentriert, die es Astronomen ermöglichen, wichtige wissenschaftliche Entdeckungen zu machen.

Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor.

Auf dem Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope (VLT) und das weltweit führende Very Large Telescope Interferometer sowie zwei Durchmusterungsteleskope: VISTA im Infrarotbereich und das VLT Survey Telescope (VST) für sichtbares Licht. Am Paranal wird die ESO zukünftig außerdem das Cherenkov Telescope Array South beherbergen und betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlenobservatorium der Welt.

Die ESO ist zusätzlich einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das Extremely Large Telescope (ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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„A naked-eye triple system with a nonaccreting black hole in the
inner binary“, Th. Rivinius, D. Baade, P. Hadrava, M. Heida, R. Klement, Astronomy & Astrophysics, April 2020
DOI: 10.1051/0004-6361/202038020

https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2007/eso2007a.pdf

https://www.eso.org/public/news/eso2007/ – Originalpressemitteilung der ESO mit weiteren Bildern und Videos