Wenn ein Stern am Ende seiner Entwicklung angelangt ist, hängt es von seiner Masse ab, was mit ihm passiert: Sterne von der Größe unserer Sonne werden zu unscheinbaren Weißen Zwergen, etwas größere Sterne zu Neutronensternen. Nur die massereichsten Sterne fristen den Rest ihres kosmischen Daseins als stellare Schwarze Löcher: jene extrem kompakten Gebilde, deren Schwerkraft so groß ist, dass ihnen noch nicht einmal Licht entkommen kann. Nun haben Forscherinnen und Forscher das bislang massereichste stellare Schwarze Loch in unserer Milchstraße ausfindig gemacht: Ein Schwarzes Loch namens Gaia BH3 hat die 33-fache Masse unserer Sonne. Es befindet sich rund 2000 Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Adler.
Ein neuer Rekordhalter für die Galaxis: das Schwarze Loch Gaia BH3
Das Schwarze Loch macht seinem Namen alle Ehre und ist selbst unsichtbar, denn schließlich kann ihm keine Strahlung entweichen, auch kein Licht. Verraten hat es sich über einen Stern, der es begleitet. Dieser ist mit rund 0,75 Sonnenmassen etwas kleiner als unsere Sonne und sendet Licht aus, das vom Gaia-Weltraumteleskop aufgefangen wurde.
Die Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation ESA hat die Aufgabe, rund zwei Milliarden Sterne in unserer Milchstraße zu kartieren. Einer dieser Sterne ist der Begleitstern des unsichtbaren Schwarzen Lochs. Da sich beide Objekte in einem Doppelsystem befinden und einander umkreisen, "wackelt" der sichtbare Stern auf eine charakteristische Art und Weise. So konnten die Forscherinnen und Forscher auf die Existenz des Schwarzen Lochs schließen und auch seine Masse bestimmen. Die beiden Himmelskörper brauchen für eine Runde umeinander etwa 11,6 Jahre.
Mit diesem Schwarzen Loch hat die Milchstraße nun einen neuen Rekordhalter für stellare Schwarze Löcher. Alle anderen stellaren Schwarzen Löcher in der Milchstraße bringen es üblicherweise auf höchstens rund zehn Sonnenmassen.
Schwarzes Loch löst Rätsel der massenreichen Sternleichen
Für Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ist das Schwarze Loch Gaia BH3 deshalb besonders interessant, da sie bislang nur schwer nachvollziehen können, wie derart massereiche Sternenleichen überhaupt existieren können. Die Entwicklung von Sternen sowie ihren Tod und endgültiges Schicksal können Forscher nämlich in Modellen der Sternevolution beschreiben. Laut diesen Modellen jedoch sollten Sterne mit über dreißig Sonnenmassen viel Material über Sternwinde verlieren und deshalb am Ende nicht mehr genug Material übrig haben, um als derart gigantische Schwarze Löcher zu enden.
Aus Messungen von Gravitationswellen sind jedoch ähnlich massereiche Schwarze Löcher wie Gaia BH3 aus Galaxien weit jenseits unserer Milchstraße bekannt: Wenn zwei solche Schwarze Löcher miteinander verschmelzen, bringen Sie die Raumzeit selbst zum Zittern. Allerdings verraten Sie nichts mehr darüber, wie ihre Vorgängersterne ausgesehen haben oder wie sie es geschafft haben, so massereich zu sein.
Mit 33 Sonnenmassen das bislang massereichste stellare Schwarze Loch in unserer Galaxis
Deshalb kommt Gaia BH3 gerade Recht: Denn dieses Schwarze Loch befindet sich quasi direkt in unserer kosmischen Nachbarschaft, und es hat jenen unscheinbaren Begleitstern, der verraten kann, aus welchem Material es einst beschaffen war. Die Astronominnen und Astronomen konnten die chemische Zusammensetzung dieses Begleitsterns untersuchen und kamen so zum Schluss: Er besteht hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium und enthält nur sehr wenige chemische Elemente, die massereicher sind – nicht so wie etwa unsere Sonne, die auch Anteile von massereicheren Elementen enthält. Laut den Modellen der Forscherinnen und Forscher aber können derartige "metallarme" Sterne sehr wohl so riesig bleiben, ohne einen Großteil ihres Materials zu verlieren, bevor sie als massereiches Schwarzes Loch enden.
Damit hält das Schwarze Loch Gaia BH3 nicht nur den Rekord als das massereichste stellare Schwarze Loch in unserer Galaxie, sondern es löst auch gleich ein kleines astrophysikalisches Rätsel. In der Zwischenzeit bereiten die Forscherinnen und Forscher weiterhin die Daten der Gaia-Mission auf. Wahrscheinlich werden sich unter den zwei Milliarden beobachteten Sternen noch weitere befinden, die ebenfalls ein Schwarzes Loch umkreisen – und vielleicht ist darunter auch eines, das die 33 Sonnenmassen von Gaia BH3 noch übertreffen kann.