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Kosmologie: Theoretisch zu schwer

Schwarze Löcher sind entweder riesige, unersättliche, supermassereiche Gravitationsmonster im Zentrum von Galaxien - oder hungrige, aber eher leichtgewichtige Überreste eines einzelnen Ex-Sterns. In dieser bescheidenen Version überschreiten sie dann - rein theoretisch - nie eine bestimmte Gewichtsklasse. Neue Messungen streichen jetzt das Wort "nie" und fordern neue Theorien.
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Unbekannt ist es nicht gerade, das Objekt M33 X-7 dort oben, rund 3 Millionen Lichtjahre entfernt in seiner Spiralgalaxie im Sternbild Dreieck: Schon 1981 ist der Nasa-Satellit Einstein wegen der von ihm ausgesandten Röntgenstrahlung darauf aufmerksam geworden; immer neue Astronomen haben seine Natur seitdem zunehmend genau skizziert. M33-X7 ist demnach zunächst einmal ein Schwarzes Loch mitsamt einem massereichen Riesenstern, beide umkreisen einander. Auf den ersten Blick nichts besonderes im Universum. Auf zweiten und dritten Blick schon, meinen Jerome Orosz und seine Kollegen.

Spiralgalaxie M33Laden...
Spiralgalaxie M33 | M33, die Triangulum-Galaxie im Sternbild Dreieck, ist neben der Milchstraße und dem Andromedanebel die dritte große Spiralgalaxie der Lokalen Gruppe. Diese Aufnahme des Satelliten Galex zeigt sie im UV-Bereich, der von jungen, heißen Sternen dominiert wird. Das Binärsystem M33-X7 ist dagegen ein Vertreter des entgegengesetzten Extrems in der stellaren Generationenfolge: Ein aus einem explodierten Stern entstandenes Schwarzes Loch umkreist einen 70-Sonnenmassen-Riesen.
Den Astronomen gelang, was die Umstände nicht allzu häufig erlauben: Die Masse eines Schwarzen Loches ziemlich genau zu ermitteln. Dies ist nur dann möglich, wenn das unsichtbare, Röntgenstrahlen speiende Objekt Informationen preisgibt, indem es an einem Begleitstern zerrt. Können Masse, Leuchtkraft und Distanz dieses stellaren Schwarze-Loch-Begleiters einigermaßen genau bestimmt werden, dann kann damit fast direkt auf die Größe des unsichtbaren Partners im Schwerkraftballett des Binärsystems rückgeschlossen werden – falls auch noch die genaue Neigung und Lage der Umlaufbahnen im System aus Sicht der Erde bekannt sind.

Und in diesem Punkt kommen den messbegierigen Astronomen bei M33-X7 günstige Umstände zu Hilfe: Die Bahnebene des Sterns im Binärsystem liegt so ideal, dass er aus irdischer Sicht regelmäßig alle dreieinhalb Tage vor dem Röntgenstrahler entlangläuft und ihn kurz bedeckt. Damit ist die Bahnlage, also die Inklination bekannt, und aus den minimalen schwerkraftbedingten Wacklern des Systems kann unmittelbar auf Anziehungskraft und damit Masse des Schwarzen Loches geschlossen werden: M33-X7 ist demnach, so ermittelten Orosz und Co, 15,67 Sonnenmassen schwer – und damit das bislang schwerste je aus einem Stern entstandene und vermessene Schwarze Loch.

Umkreist wird der Schwarzloch-Gigant zudem von einem ungemein massereichen Stern, wie die Messungen ergeben hatten: Rund 70 Sonnenmassen bringt das umkreisende Objekt auf die Waage, was den M33-X7-Paartanz zu einem kosmischen Sumo-Ringkampf stempelt und die Gemeinde der fasziniert zuschauenden Astronomie-Theoretiker zugleich in Erklärungsnöte bringt. Denn zusätzlich kreist der Stern auch noch extrem nahe an dem Schwarzen Loch – wie sich ein so schweres Paar derart nahestehender Objekte aber gemeinsam entwickelt haben könnten, ist mit gängigen Hypothesen nicht vereinbar.

Ein Schwarzes Loch von der Größe M33-X7 muss in der Supernova-Explosion eines Sterns entstanden sein, der einst noch größer als der heutige 70-Sonnenmassen-Begleiter des Schwarzen Loches war – wäre Ersterer leichter gewesen, so wäre er schließlich nicht vor Letzterem explodiert. Ein so großer Stern durchläuft aber vor seinem finalen Feuerwerk eine Phase als aufgeblähter Riese mit gigantischem Radius. M33-X7 muss vor seiner Phase als Schwarzes Loch so groß gewesen sein, dass sein heutige Begleiter im Inneren seiner Atmosphäre umgelaufen sein dürfte.

So etwas – eine wenige hundert Jahre dauernde "Common-Envelope"-Phase der Binärsystemevolution – kommt zwar durchaus vor, glauben die Theoretiker. Allerdings sollte der kleinere Stern dann nicht unbedeutende Materiemengen des Riesen aus dem System fegen und sie ins Off katapultieren. Dadurch müsste der Riesenstern aber soviel Masse verlieren, dass er am Ende nicht mehr zu einem wirklich großen Schwarzen Loch kollabieren kann – ein Widerspruch. Kurz: Das System M33-X7 dürfte es so gar nicht geben.

Grund genug also zur Feinjustierung der gängigen Theorien: Wahrscheinlich, so Orosz, blasen sich aufblähende Sternreisen auch unabhängig von eng umkreisenden Begleitern deutlich weniger Gasmaterie ab, als bislang vermutet, entsprechend massereicher dürfte schließlich das aus ihnen entstehende Schwarze Loch werden. Eine Hypothese bislang nur – immerhin passt sie aber besser als ihr Vorgänger zu den Maßen des fernen Sumo-Systems in der Dreieck-Spiralgalaxie.
18.10.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 18.10.2007

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