Unter Leitung der Physik-Professorin Dr. Sukanya Chakrabarti von der University of Alabama Huntsville (UAH) im US-Bundesstaat Alabama hat ein internationales Forschendenteam ein Schwarzes Loch entdeckt, das nur 1.550 Lichtjahre von unserer Erde entfernt liegt und mit der zwölffachen Masse unserer Sonne regelrecht gigantische Ausmaße haben muss.

Um das Schwarze Loch zu finden, analysierten Dr. Chakrabarti und ihr Team die Daten des Gaia-Forschungsprojekts DR3. Das enthält Informationen zu fast 200.000 Doppelsternen, die vom Gaia-Observatorium der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) beobachtet wurden.

Nachdem das Team erste interessante Kandidaten identifiziert hatte, zog es spektrografische Messungen anderer Teleskope wie dem Automated Planet Finder des Lick Observatory, dem Giant Magellan Telescope (GMT) und dem W.M. Keck Observatory auf Hawaii zurate. Dabei fanden die Forschenden einen Stern, der einer starken Gravitationskraft ausgesetzt ist, aber keinen sichtbaren Begleiter hat, der diese Kraft erklären würde. Dr. Chakrabarti dazu:

„Die Anziehungskraft des Schwarzen Lochs auf den sichtbaren sonnenähnlichen Stern kann anhand dieser spektroskopischen Messungen bestimmt werden, die uns eine Sichtliniengeschwindigkeit aufgrund einer Dopplerverschiebung liefern.

Durch die Analyse der Sichtliniengeschwindigkeiten des sichtbaren Sterns – und dieser sichtbare Stern ist unserer eigenen Sonne ähnlich – können wir auf die Masse des Begleiters des Schwarzen Lochs schließen sowie auf die Rotationsperiode und die Exzentrizität der Umlaufbahn.

Diese spektroskopischen Messungen bestätigen unabhängig voneinander die Gaia-Daten, die ebenfalls darauf hinweisen, dass dieses Doppelsternsystem aus einem sichtbaren Stern besteht, der ein sehr massereiches Objekt umkreist.“

Dieses „sehr massereiche Objekt“ ist nach Auffassung des Teams ein besonders großes Schwarzes Loch. Völlig eindeutig ist die Klassifizierung nicht, denn wenn es eines ist, handelt es sich um ein sogenanntes „nicht interagierendes Schwarzes Loch“. Das bedeutet, dass es keine Materie von seinem Begleiter anzieht, wie Dr. Chakrabarti erklärt:

„Die meisten Schwarzen Löcher in Doppelsternsystemen sind Röntgendoppelsternsysteme – mit anderen Worten, sie leuchten im Röntgenlicht aufgrund einer Wechselwirkung mit dem Schwarzen Loch, oft weil das Schwarze Loch den anderen Stern verschlingt.

Wenn die Materie des anderen Sterns in dieses tiefe Gravitationspotentialloch fällt, können wir Röntgenstrahlen sehen. In diesem Fall haben wir es mit einem Monster-Schwarzes-Loch zu tun, das sich jedoch auf einer langperiodischen Umlaufbahn von 185 Tagen, also etwa einem halben Jahr, befindet. Es ist ziemlich weit von dem sichtbaren Stern entfernt und bewegt sich nicht auf ihn zu.“

Dass es solche Systeme überhaupt gibt, ist in der Forschung noch relativ junger Erkenntnisstand. Das dürfte vornehmlich daran liegen, dass interagierende Schwarze Löcher mit sichtbaren Wellenlängen erfasst werden können. Sie befinden sich auf engeren Umlaufbahnen und ziehen Material von ihren stellaren Begleitern an.

Dieses Material bildet dann eine torusförmige Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch, die auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird. Dabei wird sie hochenergetisch und sendet Röntgenstrahlung aus. Diese Strahlung ist messbar und ergänzt die Erkenntnisse der Sichtmessungen.

Nicht interagierende Schwarze Löcher hingegen kreisen auf breiteren Umlaufbahnen und bilden keine solchen Scheiben. Deshalb kann ihre Anwesenheit nur aus der Analyse der Bewegungen des sichtbaren Sterns abgeleitet werden.

Darin bestand die Mission des Teams um Dr. Chakrabarti. Die Forschenden suchten nach Objekten, „von denen berichtet wurde, dass sie große Begleitermassen haben, deren Helligkeit aber auf einen einzelnen sichtbaren Stern zurückgeführt werden kann. Es gibt also einen guten Grund für die Annahme, dass der Begleiter dunkel ist“.

Untersucht werden soll nun, wie diese nicht interagierenden schwarzen Löcher die galaktische Dynamik in der Milchstraße beeinflussen. „Wenn sie zahlreich sind, könnten sie durchaus die Entstehung unserer Galaxie und ihre innere Dynamik beeinflussen“, vermutet die Studienleiterin.

Im Idealfall könnten die von Dr. Chakrabarti und ihrem Team angewandten Techniken zur Entdeckung vieler weiterer nicht interagierender Systeme führen. Aktuellen Schätzungen zufolge könnte es in unserer Galaxie immerhin eine Million sichtbarer Sterne geben, die massive Begleiter von Schwarzen Löchern haben.

Die Ergebnisse ihrer Studie haben die Forschenden zunächst auf dem Preprint-Server Arxiv (PDF) veröffentlicht. Nach Prüfung soll sie im Astrophysical Journal erscheinen.