Seit fast einem halben Jahrhundert schließen sich Wissenschaftler der Theorie an, dass ein Stern am Ende seines Lebenszyklus einen Gravitationskollaps erleiden wird. Wenn zu diesem Zeitpunkt genügend Masse vorhanden ist, löst dieser Zusammenbruch die Bildung eines Schwarzen Lochs aus. Zu wissen, wann und wie sich ein Schwarzes Loch bilden wird, haben Astronomen schon lange gesucht.
Und warum nicht? Die Entstehung des Schwarzen Lochs miterleben zu können, wäre nicht nur ein erstaunliches Ereignis, sondern würde auch zu einer Schatzkammer wissenschaftlicher Entdeckungen führen. Und laut einer aktuellen Studie eines Forscherteams der Ohio State University in Columbus haben wir vielleicht genau das getan.
Das Forschungsteam wurde von Christopher Kochanek geleitet, einem Professor für Astronomie und einem bedeutenden Gelehrten am Ohio State. Unter Verwendung von Bildern, die mit dem Large Binocular Telescope (LBT) und dem Hubble Space Telescope (HST) aufgenommen wurden, führten er und seine Kollegen eine Reihe von Beobachtungen eines roten Überriesensterns namens N6946-BH1 durch.
Um den Entstehungsprozess von Schwarzen Löchern nach unserem derzeitigen Verständnis der Lebenszyklen von Sternen zu unterbrechen, bildet sich ein Schwarzes Loch, nachdem ein Stern mit sehr hoher Masse eine Supernova erlebt hat. Dies beginnt, wenn der Stern seinen Brennstoffvorrat aufgebraucht hat und dann einen plötzlichen Masseverlust erleidet, bei dem die äußere Hülle des Sterns abgestoßen wird und ein restlicher Neutronenstern zurückbleibt.
Anschließend binden sich die Elektronen wieder an abgelagerte Wasserstoffionen, wodurch ein helles Aufflammen auftritt. Wenn die Wasserstoffverschmelzung aufhört, beginnt der Sternrest abzukühlen und zu verblassen. und schließlich kondensiert der Rest des Materials, um ein Schwarzes Loch zu bilden.
In den letzten Jahren haben jedoch mehrere Astronomen spekuliert, dass Sterne in einigen Fällen eine ausgefallene Supernova erfahren werden. In diesem Szenario beendet ein Stern mit sehr hoher Masse seinen Lebenszyklus, indem er sich in ein Schwarzes Loch verwandelt, ohne dass zuvor der übliche massive Energiestoß auftritt.
Wie das Ohio-Team in seiner Studie mit dem Titel „Die Suche nach gescheiterten Supernovae mit dem großen Fernglas-Teleskop: Bestätigung eines verschwindenden Sterns“ feststellte, könnte dies mit N6946-BH1 geschehen sein, einem roten Überriesen, der die 25-fache Masse unserer hat Die Sonne befindet sich 20 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
Unter Verwendung der mit dem LBT erhaltenen Informationen stellte das Team fest, dass N6946-BH1 zwischen 2009 und 2015 einige interessante Änderungen in seiner Leuchtkraft aufwies - als zwei getrennte Beobachtungen gemacht wurden. In den Bildern von 2009 erscheint N6946-BH1 als heller, isolierter Stern. Dies stimmte mit den Archivdaten überein, die das HST bereits 2007 aufgenommen hatte.
Die vom LBT im Jahr 2015 erhaltenen Daten zeigten jedoch, dass der Stern in der sichtbaren Wellenlänge nicht mehr sichtbar war, was auch durch Hubble-Daten aus demselben Jahr bestätigt wurde. LBT-Daten zeigten auch, dass der Stern 2009 mehrere Monate lang ein kurzes, aber intensives Aufflammen erlebte, bei dem er millionenfach heller als unsere Sonne wurde und dann stetig verblasste.
Zum Vergleich konsultierten sie auch Daten aus der Umfrage der Palomar Transit Factory (PTF) sowie Beobachtungen von Ron Arbor (einem britischen Amateurastronomen und Supernova-Jäger). In beiden Fällen zeigten die Beobachtungen während eines kurzen Zeitraums im Jahr 2009 Anzeichen einer Fackel, gefolgt von einem stetigen Verblassen.
Am Ende stimmten alle diese Informationen mit dem fehlgeschlagenen Supernovae-Black-Hole-Modell überein. Wie Prof. Kochanek, der Hauptautor des Gruppenpapiers - - dem Space Magazine per E-Mail mitteilte:
„Im Bild der Bildung einer fehlgeschlagenen Supernova / eines Schwarzen Lochs dieses Ereignisses wird der Transient von der fehlgeschlagenen Supernova gesteuert. Der Stern, den wir vor dem Ereignis sehen, ist ein roter Überriese - Sie haben also einen kompakten Kern (Größe ~ Erde) aus der Wasserstoffbrennschale und dann eine riesige, geschwollene, ausgedehnte Hülle aus hauptsächlich Wasserstoff, die sich bis in die Größenordnung von Jupiter erstrecken könnte Orbit. Dieser Umschlag ist sehr schwach an den Stern gebunden. Wenn der Kern des Sterns zusammenbricht, fällt die Gravitationsmasse aufgrund der von Neutrinos weggetragenen Energie um einige Zehntel der Sonnenmasse. Dieser Abfall der Schwerkraft des Sterns reicht aus, um eine schwache Schockwelle durch die geschwollene Hülle zu senden, die ihn wegdriften lässt. Dies erzeugt einen kühlen Übergang mit geringer Leuchtkraft (im Vergleich zu einer Supernova, etwa dem Millionenfachen der Leuchtkraft der Sonne), der etwa ein Jahr anhält und von der Energie der Rekombination angetrieben wird. Alle Atome in der geschwollenen Hülle wurden ionisiert - Elektronen, die nicht an Atome gebunden sind -, während sich die ausgestoßene Hülle ausdehnt und abkühlt, werden alle Elektronen wieder an die Atome gebunden, wodurch die Energie freigesetzt wird, um den Transienten anzutreiben. Was wir in den Daten sehen, stimmt mit diesem Bild überein. “
Natürlich hat das Team alle verfügbaren Möglichkeiten in Betracht gezogen, um das plötzliche „Verschwinden“ des Sterns zu erklären. Dies beinhaltete die Möglichkeit, dass der Stern in so viel Staub gehüllt war, dass sein optisches / UV-Licht absorbiert und wieder emittiert wurde. Aber wie sie fanden, stimmte dies nicht mit ihren Beobachtungen überein.
"Das Wesentliche ist, dass keine Modelle, die Staub verwenden, um den Stern zu verbergen, wirklich funktionieren. Es scheint also, dass alles, was jetzt da ist, viel weniger leuchtend sein muss als dieser bereits existierende Stern." Kochanek erklärte. "Im Kontext des fehlgeschlagenen Supernova-Modells stimmt das Restlicht mit dem späten Zerfall der Emission von Material überein, das sich auf dem neu gebildeten Schwarzen Loch ansammelt."
Natürlich sind weitere Beobachtungen erforderlich, bevor wir wissen können, ob dies der Fall war oder nicht. Dies würde höchstwahrscheinlich IR- und Röntgenmissionen wie das Spitzer-Weltraumteleskop und das Chandra-Röntgenobservatorium oder eines der vielen Weltraumteleskope der nächsten Generation umfassen, die in den kommenden Jahren eingesetzt werden sollen.
Darüber hinaus hoffen Kochanek und seine Kollegen, das mögliche Schwarze Loch weiterhin mit dem LBT überwachen zu können und das Objekt in etwa einem Jahr mit dem HST erneut zu besuchen. "Wenn es wahr ist, sollten wir weiterhin sehen, wie das Objekt mit der Zeit verblasst", sagte er.
Wenn dies zutrifft, wäre diese Entdeckung natürlich ein beispielloses Ereignis in der Geschichte der Astronomie. Und die Nachrichten haben sicherlich ihren Anteil an Aufregung in der wissenschaftlichen Gemeinschaft geweckt. Wie Avi Loeb - Professor für Astronomie an der Harvard University - dem Space Magazine per E-Mail mitteilte:
„Die Ankündigung der möglichen Entdeckung eines Sterns, der zu einem Schwarzen Loch zusammengebrochen ist, ist sehr interessant. Wenn dies zutrifft, ist dies der erste direkte Blick auf den Kreißsaal eines Schwarzen Lochs. Das Bild ist etwas chaotisch (wie in jedem Kreißsaal), mit Unsicherheiten über die Eigenschaften des Babys, das entbunden wurde. Der Weg, um zu bestätigen, dass ein Schwarzes Loch geboren wurde, besteht darin, Röntgenstrahlen zu erfassen.
„Wir wissen, dass es schwarze Löcher mit Sternmasse gibt, zuletzt dank der Entdeckung von Gravitationswellen aus ihrer Koaleszenz durch das LIGO-Team. Vor fast achtzig Jahren sagten Robert Oppenheimer und Mitarbeiter voraus, dass massive Sterne zu Schwarzen Löchern zusammenbrechen könnten. Jetzt haben wir vielleicht den ersten direkten Beweis dafür, dass der Prozess tatsächlich in der Natur stattfindet.
Aber natürlich müssen wir uns daran erinnern, dass das, was wir mit N6946-BH1 angesichts seiner Entfernung erleben konnten, vor 20 Millionen Jahren geschah. Aus der Perspektive dieses potenziellen Schwarzen Lochs ist seine Entstehung eine alte Nachricht. Für uns könnte dies jedoch eine der bahnbrechendsten Beobachtungen in der Geschichte der Astronomie sein.
Ähnlich wie bei Raum und Zeit ist die Bedeutung relativ zum Betrachter!
