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Warum haben Sterne nahe dem Schwarzen Loch der Milchstraße keine Begleiter?
Ein Sternhaufen im Extrembereich: Direkt um das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße kreisen überraschend junge Sterne, doch ihnen fehlen auffällig oft Begleiter. Eine neue Analyse und Modellrechnung zeigt nun, dass die Dynamik nahe Sagittarius A* viele Doppelsterne zerreißen oder verschmelzen lassen könnte. Das spricht für eine Entstehung der S-Sterne nahe ihrem heutigen Ort.
Coimbra (Portugal). Im innersten Bereich der Milchstraße drängen sich junge, heiße Sterne auf engen Bahnen um Sagittarius A*, das rund vier Millionen Sonnenmassen schwere Schwarze Loch im galaktischen Zentrum. Viele dieser sogenannten S-Sterne sind B-Sterne und nur wenige Millionen Jahre alt. Ihre Jugend ist rätselhaft, weil die enorme Schwerkraft von Sagittarius A* die Bildung neuer Sterne in unmittelbarer Nähe eigentlich erschweren sollte.
Deshalb konkurrieren seit Jahren mehrere Erklärungen. Die S-Sterne könnten weiter außen entstanden und erst später nach innen gelangt sein. Möglich wäre aber auch, dass sie vor Ort aus besonders dichtem Gas entstanden. Einen neuen Hinweis liefert ausgerechnet eine weitere Besonderheit des Sternhaufens: Im Vergleich zu ähnlich massereichen Sternen im übrigen Milchstraßensystem finden sich dort auffällig wenige Doppelsterne.
Forscher der Universidade de Coimbra (UC) um Rodrigo P. Silva haben diese geringe Doppelsternrate nun neu ausgewertet und mit dynamischen Simulationen verglichen. Aus Radialgeschwindigkeitsdaten leiten sie für die S-Sterne einen beobachteten Doppelsternanteil von 43 Prozent ab, mit einer Unsicherheit von 9 Prozentpunkten. Bei massereichen Feldsternen liegt der Vergleichswert bei etwa 69 Prozent, ebenfalls mit einer Unsicherheit von 9 Prozentpunkten.
Um zu testen, ob Sagittarius A* diese Lücke selbst erzeugen kann, simulierte das Team 100.000 Doppelsternsysteme für eine Million Jahre. Die Modelle starteten mit einer für massereiche Feldsterne typischen Doppelsternrate und verteilten die Systeme auf Bahnen, die den beobachteten S-Sternen ähneln. Im Zentrum wirkte dabei die extreme Gezeitenkraft des supermassereichen Schwarzen Lochs auf die Sternpaare.
Das Ergebnis fällt bemerkenswert nah an den Beobachtungen aus. In den Simulationen überstanden 62 Prozent der ursprünglichen Doppelsterne die Million Jahre als Paar. 20 Prozent wurden durch die Gezeiten von Sagittarius A* auseinandergerissen, weitere 18 Prozent verschmolzen infolge ihrer dynamischen Entwicklung miteinander.
Ausgehend von einem anfänglichen Doppelsternanteil von 69 Prozent ergibt sich damit ein erwarteter Anteil von 38 Prozent, mit einer Unsicherheit von 10 Prozentpunkten. Dieser Wert stimmt innerhalb der Fehlerbereiche mit den beobachteten 43 Prozent überein. Auch der berechnete Verlauf mit der Entfernung zum Schwarzen Loch passt zu unabhängigen Beobachtungsgrenzen zwischen etwa 0,02 und 0,4 Parsec: Je näher die Sterne Sagittarius A* kommen, desto seltener sollten Doppelsterne erhalten bleiben.
Diese Übereinstimmung stärkt nach Ansicht der Autoren ein Entstehungsszenario vor Ort. Darin bildeten sich die jungen Sterne aus dichtem Gas nahe Sagittarius A*, statt als einzelne Sterne aus großer Entfernung in das Zentrum transportiert zu werden. Das Schwarze Loch würde demnach nicht nur ihre späteren Bahnen prägen, sondern nachträglich auch einen Teil ihrer ursprünglichen Begleiter beseitigen.
Ein Beweis für diese Entstehungsgeschichte ist das Modell allerdings nicht. Die Rechnung setzt eine anfängliche Doppelsternpopulation ähnlich der massereichen Feldsterne voraus und folgt den modellierten Systemen über eine Million Jahre. Wie die tatsächliche Anfangspopulation im galaktischen Zentrum aussah, bleibt damit eine wichtige Modellannahme. Trotzdem erklärt derselbe Mechanismus sowohl die niedrige Doppelsternrate als auch ihren radialen Verlauf, ohne dass die S-Sterne dafür grundsätzlich einen anderen Ursprung benötigen.
Das Szenario passt zudem zu der Idee, dass vor rund sechs Millionen Jahren eine dichte Gashülle in der Nähe des Sch