Schwarze Löcher: Blick in die Nachbarschaft

Was passiert eigentlich im Umfeld von Schwarzen Löchern? Mit mühsamer Puzzlearbeit nähern sich Wissenschaftler dieser Frage, wie zwei aktuelle Studien zeigen.

von Robert Gast

Schwarzes Loch mit Staubscheibe — © NASA/CXC/M. Weiss (Ausschnitt)

Dunkel, pechschwarz, unsichtbar – und für Astronauten garantiert tödlich. Schwarze Löcher machen es der Wissenschaft wirklich nicht einfach. Aber immer wieder gelingt es Forschern, auf Umwegen Neues über die aberwitzig dichten Materieklumpen in Erfahrung zu bringen. Oft sind es nur kleine, tendenziell umstrittene Details, die aber eine Ahnung vermitteln, mit was für kuriosen Objekten es die Menschheit da zu tun hat. Und die der Wissenschaft im besten Fall helfen, die extremen Objekte ein bisschen besser zu verstehen.

Zwei aktuelle Beispiele für diese Puzzlearbeit sind nun prominent und fast gleichzeitig in den Wissenschaftsmagazinen »Nature« und »Science« erschienen. In den Fachaufsätzen ergründen Astrophysiker einerseits, wie sich das Umfeld der Gravitationsgiganten verändert, wenn sie Materie verschlucken. Andererseits haben Forscher abgeschätzt, mit welcher Geschwindigkeit ein Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie rotiert.

Die »Nature«-Veröffentlichung handelt von Schwarzen Löchern, die lediglich so schwer sind wie einige Sonnen. Solche »stellaren« Schwarzen Löcher bleiben zurück, wenn ein schwerer Stern am Ende seines Brennzyklus in sich zusammenfällt. Oft werden sie von einem leichteren Stern umkreist, dessen Gas sie nach und nach absaugen.

Feuerwerk nach dem Festmahl

Aus dem Umfeld dieser Schwarzen Löcher entweicht immer wieder Röntgenstrahlung, vermutlich dann, wenn ein großer Materieklecks in den Schlund stürzt. Bisher war unklar, von wo genau diese Strahlung ausgeht und wie sich dabei die Nachbarschaft des Schwarzen Lochs verändert. Relevante Akteure sind hier eine Scheibe aus Staub und Gas, die das Schwarze Loch umgibt, und eine Gaswolke oberhalb der Scheibe, die so genannten Corona.

Schrumpft die Scheibe, oder schrumpft die Corona wenn ein Schwarzes Loch kurz nach einem Festmahl sein Röntgenfeuerwerk zündet? Für einen Teil der Forschergemeinschaft ist das seit Längerem eine kontrovers diskutierte Frage. Die Beobachtung eines 1000 Lichtjahre entfernten Schwarzen Lochs namens MAXI J1820+070 könnte nun Fortschritte in dieser Debatte bringen, schreibt das Team um Erin Kara von der University of Maryland in »Nature«.

Die Forscher haben die Messdaten des NICER-Instruments an Bord der Internationalen Raumstation ISS ausgewertet, das eigentlich für die Beobachtung von Neutronensternen gebaut wurde.

Die Astrophysiker interpretieren eine Beobachtung während eines Strahlungsausbruchs von MAXI J1820+070 so, dass die Corona schrumpfte, wogegen die Staubscheibe rund um das Monstrum gleich groß blieb. Das sei ein hilfreicher Beitrag, beende aber vermutlich noch nicht die Corona-gegen-Staubscheibe-Debatte, schreibt Daryl Haggard in der kanadischen McGill University in einem Begleitkommentar.

Eine Million Sonnenmassen

Einen ganz anderen Typ von Schwarzem Loch hat das Team um Dheeraj R. Pasham vom Massachusetts Institute of Technology in »Science« in Augenschein genommen. Es bringt das millionenfache Gewicht der Sonne auf die Waage und befindet sich im Zentrum einer 290 Millionen Lichtjahren entfernten Galaxie.

Immer mal wieder zerreißen solche supermassereichen Schwarzen Löcher Sterne, wenn sie ihnen zu nahe kommen. Stürzen die Trümmer ins Schwarze Loch, setzt das ebenfalls Röntgenstrahlung frei. Solch ein Ereignis beobachteten die Forscher um Pasham im November 2014.

In den Weiten des Alls sind solche »tidal disruption events« eigentlich nichts allzu ungewöhnliches. Im Fall von ASASSN-14li beobachteten die Astrophysiker jedoch, dass sich ein Röntgensignal aus der Richtung des Schwarzen Lochs alle zwei Minuten wiederholte und für mehr als ein Jahr sichtbar blieb. Die wahrscheinlichste Ursache seien die Reste des zerrissenen Sterns, die nun knapp über dem Ereignishorizont um das Schwarze Loch geschleudert werden, schreiben die Forscher.

Das wiederum könnte bedeuten, so das Team, dass das Schwarze Loch selbst rotiert, und zwar mit der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit. Allerdings gebe es auch noch andere Szenarien. Was spektakulär klingt, ist übrigens längst nicht das Tempolimit für die dunklen Giganten. So sind bereits Schwarze Löcher bekannt, die Schätzungen zufolge mit 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit umherspinnen, räumen die Forscher ein. Aber noch nie habe man die Drehgeschwindigkeit anhand eines vernichteten Sterns abgeschätzt.