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Galaxienkerne: Schwarzes Loch reißt Stern auseinander

Computersimulation

Die meisten Galaxien beherbergen in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch. Nachweisen lassen sich diese durch Materie, die sich dem Schlund nähert, dabei aufheizt und hell erstrahlt. Aber auch ohne glühende Gas- und Staubscheibe machen sich die Schwerkraftgiganten manchmal bemerkbar: Einzelne Sterne kommen zu nahe und werden auseinandergerissen – infolgedessen leuchtet die gesamte Kernregion für kurze Zeit auf. Einen solches Aufflackern haben Astronomen nun beobachtet und können anhand der umfassenden Daten nicht nur die Eigenschaften des Schwarzen Lochs, sondern auch des Sterns rekonstruieren.

Aufleuchten einer Galaxie | Diese Aufnahmen entstanden mit dem Weltraumteleskop Galaxy Evolution Explorer sowie dem ersten Pan-STARRS-Teleskop auf Hawaii und zeigen eine Galaxie, die plötzlich aufleuchtet. Im Jahr 2009 lässt sich das Aufleuchten im ultravioletten Spektralbereich noch nicht beobachten (Bild oben links), anders am 23. Juni 2010 (Bild rechts oben). Auch im optischen und infraroten Spektralbereich wirkt die Galaxie im Jahr 2009 noch unscheinbar (Bild unten links). Im Zeitraum von Juni bis August 2010 leuchtet der Kern dann hell auf (Bild unten rechts).

Im Mai 2010 entdeckte das Team um Suvi Gezari von der Johns Hopkins University in Baltimore, US-Bundesstaat Maryland, im Rahmen einer Himmelsdurchmusterung ein helles Aufleuchten in der Kernregion einer rund zwei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie. In den Folgemonaten untersuchten die Forscher diese Region in verschiedenen Spektralbereichen und glichen die Daten dann mit verschiedenen theoretischen Modellen ab. Der zeitliche Verlauf der Helligkeit im optischen und ultravioletten Spektralbereich stimme am besten mit Simulationen von einem zerreißenden Stern überein, der das Schwarze Loch zuvor eng umkreiste, so Gezari und Co.

Auf seinem Orbit kam das Gestirn dem Ereignishorizont – der Grenze, hinter der nicht einmal mehr Licht der enormen Anziehungskraft entkommen kann – gefährlich nahe und wurde durch die starken Gezeitenkräfte auseinandergerissen. Ein Teil seiner Trümmer umrundete nun weiterhin das Schwarze Loch, während der andere mit hohen Geschwindigkeiten ins Weltall schoss. In beiden Fällen heizt sich die Materie extrem auf und es entsteht das beobachtete, charakteristische Leuchten.

Den stärksten Hinweis auf diese These lieferten Emissionslinien von ionisiertem Heliumgas, die gemeinsam mit dem optisch-ultravioletten Spektrum abflauen. Das häufigste Element im Universum, Wasserstoff, ist dagegen kaum nachzuweisen. Das sei untypisch für eine gewöhnliche Gas- und Staubscheibe und spreche für einen heliumreichen Kern – vermutlich einen Roten Riesenstern, der seine Wasserstoffhülle durch Sternwinde oder aber durch den Einfluss des Schwarzen Lochs bereits verloren hatte, spekulieren Gezari und ihre Kollegen. Zerrissen worden sei der Stern rund zweieinhalb Monate bevor die beobachtete Strahlungsintensität ihr Maximum erreichte und er auf das Schwarze Loch stürzte.

Die Masse des zentralen Schwarzen Lochs hängt in den Simulationen von Masse und Radius des zerstörten Sterns ab. Im Fall eines Roten Riesen kommen die Wissenschaftler auf einen Wert von rund drei Millionen Sonnenmassen für das Schwarze Loch. Nur rund einmal alle 10 000 Jahre wird pro Galaxie ein Gestirn auf diese Weise zerstört, so schätzt man. Astronomen beobachteten bereits mehrfach solche Ereignisse, konnten aus den Daten aber weder den Zeitpunkt des Auseinanderreißens noch den Sterntyp genauer eingrenzen.

© Spektrum der Wissenschaft AGB
Kosmische Raubtierfütterung
Erstmals werden Astronomen 2013 Gelegenheit haben, live zu beobachten, wie ein Schwarzes Loch eine Gaswolke zerreißt und sich einverleibt. Dieses Schwarze Loch, das im Zentrum der Milchstraße schlummert, scheint zwar gegenwärtig auf Diät gesetzt: Es schluckt nicht mehr als ein hundertstel Erdmasse pro Jahr. Das könnte sich aber bald ändern. Denn letztes Jahr haben Stefan Gillessen, Reinhard Genzel sowie Andreas Burkert vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und andere eine überraschende Entdeckung gemacht: Eine Gaswolke mit ungefähr der dreifachen Erdmasse fliegt fast direkt auf das Schwarze Loch zu. 2013 wird sie dort ankommen und das Schwarze Loch zum Leuchten bringen.

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