Das Ende massereicher Sterne bietet immer wieder spektakuläre Bilder von gewaltigen Explosionen, den Supernovae. Üblicherweise kollabiert dabei der Kern eines derartigen Sterns am Ende seiner Lebenszeit zu einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch. Unmengen an frei werdenden Neutrinos treiben Stoßwellen an, welche die äußeren Sternschichten weithin sichtbar ins All schleudern. Theoretische Modelle postulieren jedoch bereits seit Langem einen anderen, weitaus »stilleren« Weg.

Einem internationalen Team um den Astronomen Kishalay De am Center for Computational Astrophysics des Flatiron Institute in New York ist es nun gelungen, die Theorie in der Realität zu beobachten. Die Gruppe verglich aktuelle Beobachtungsdaten des einstmals leuchtkräftigen Sterns M31-2014-DS1 in der rund 2,5 Millionen Lichtjahre entfernten Andromedagalaxie mit jahrzehntealten Archivdaten, unter anderem aus dem NASA-Projekt NEOWISE und der europäischen Gaia-Mission. Dabei fiel auf, dass der Stern in späteren Aufnahmen schlichtweg verschwunden war, ohne je als helle Supernova aufzuleuchten. Das Team schlussfolgert daher, dass sein Kern direkt zu einem Schwarzen Loch kollabiert sein muss, während die äußeren, turbulenten Gasschichten nur langsam in seine Umgebung abgegeben wurden. Ihre Ergebnisse sind im Fachjournal »Science« veröffentlicht.

M31-2014-DS1 konnte bereits zuvor als wasserstoffarmer gelber Überriese identifiziert werden. Seine Leuchtkraft entsprach dem 100 000-Fachen der Sonne bei einer Oberflächentemperatur von rund 4200 Grad Celsius. Ursprünglich besaß er etwa 13 Sonnenmassen, von denen kurz vor seinem Ende jedoch nur noch fünf übrigblieben. Davon entfielen lediglich 0,28 Sonnenmassen auf die extrem dünne, aber riesige Wasserstoffhülle, der Rest auf das kompakte Innere. Ein derartiger Massenverlust ist für Sterne dieser Art nicht unüblich – starke Sternwinde oder Wechselwirkungen mit anderen Himmelskörpern können große Mengen an Material forttragen.

In Beobachtungsdaten des Sterns im Infrarot- und visuellen Spektrum zwischen 2005 und 2023 stieß das Team auf eine überraschende Entdeckung: So nahm seine Helligkeit ab dem Jahr 2014 zunächst um bis zu 50 Prozent zu, bevor sie im Zeitraum von 2017 bis 2022 rapide abnahm – weit unter seine ursprüngliche Helligkeit. Bis 2022 war M31-2014-DS1 im visuellen Bereich um den Faktor 10 000 lichtschwächer und damit praktisch unsichtbar geworden. Etwas Ungewöhnliches muss demnach während des finalen Akts passiert sein. Berechnungen des Forschungsteams legen nahe, dass die beim Kollaps des Sterns freigesetzte Energie deutlich geringer war, als es für Supernovae üblich ist. So konnten rund 98 Prozent der noch vorhandenen Sternmaterie direkt in das neu entstandene, etwa fünf Sonnenmassen schwere Schwarze Loch stürzen. Nur zwei Prozent, weniger als 0,1 Sonnenmassen an Material, wurden dagegen ins All geschleudert.

Davon, dass der Stern als Ganzes »ausgeknipst« wurde, kann jedoch nicht die Rede sein. Immerhin schwand seine Helligkeit über einen Zeitraum von mehr als 1000 Tagen, was die Gruppe mit einem verzögerten Einfall des Materials erklärt. Dabei begibt sich das Gas zunächst in eine Umlaufbahn um das Schwarze Loch, heizt sich auf und gibt erhebliche Mengen an Strahlung ab, die wiederum einen nach außen gerichteten Strahlungsdruck bedingen. Dieser Prozess verhindert, dass die gesamte Hülle sofort auf einmal verschluckt wird.

Der vollständige Einfall des Materials verzögerte sich so auf mehrere Jahrzehnte. Insgesamt, so schätzt das Team, fiel lediglich ein Prozent des Gases aus der äußeren Hülle auf diese Weise direkt in das Schwarze Loch. Das ausgestoßene Gas bleibt zwar noch jahrzehntelang sichtbar, doch die abgegebene Infrarotstrahlung ist zu schwach, als dass sie bei früheren Beobachtungskampagnen hätte auffallen können. Nur äußerst sensible Infrarotsensoren wie jene an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops vermögen sie wahrzunehmen.

Der Fall von M31-2014-DS1 gilt als Paradebeispiel für eine ganze Klasse solcher Objekte, zu der die Forscher nun auch den bereits vor Jahren entdeckten Stern NGC 6946-BH1 zählen. Für das Team ist dies also erst der Anfang: Die Beobachtungen könnten unser Verständnis zur Entstehung stellarer Schwarzer Löcher grundlegend prägen.