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Zerrissener Stern enthüllt massereiches Schwarzes Loch fern vom Galaxienkern
Ein heller Lichtausbruch aus dem Jahr 2023 stammt offenbar von einem Stern, der einem massereichen Schwarzen Loch zu nahe kam. Die Quelle liegt rund 3.500 Lichtjahre neben dem Zentrum ihrer Galaxie. Im Galaxienkern sprechen weitere Beobachtungen für ein zweites Schwarzes Loch und liefern damit Hinweise auf ein verborgenes Paar.
Berkeley (U.S.A.). In den Zentren großer Galaxien sitzen meist massereiche Schwarze Löcher. Es gibt jedoch auch Hinweise darauf, dass manche Exemplare abseits der Kerne umherziehen, etwa nach der Verschmelzung von Galaxien. Solange sie kaum Materie verschlucken, bleiben solche Objekte für Teleskope nahezu unsichtbar.
Eine seltene Gelegenheit zur Entdeckung bietet sich, wenn ein Stern nahe genug an ein Schwarzes Loch herankommt. Die unterschiedlichen Gravitationskräfte auf seiner nahen und fernen Seite können ihn auseinanderreißen, und ein Teil des Trümmermaterials erzeugt einen hellen Ausbruch. Solche Ereignisse heißen Gezeitenzerreißungen.
Forscher der University of California, Berkeley (UC Berkeley) um Dr. Itai Sfaradi haben den Lichtausbruch TDE 2023mfm untersucht, der am 28. Juni 2023 erstmals aufgefallen war. Das Team verglich optische, ultraviolette und Röntgenbeobachtungen mit Radioaufnahmen sowie späteren Bildern des Weltraumteleskops Hubble. Dadurch ließ sich der Ort des Ereignisses genauer bestimmen.
In den Hubble-Aufnahmen von Juli 2026 liegt der Ausbruch um 0,66 Bogensekunden versetzt zum Zentrum seiner Wirtsgalaxie. In der Entfernung des Systems entspricht das rund 1,08 Kiloparsec oder etwa 3.500 Lichtjahren. Es handelt sich um den Abstand auf der Bildebene, während der tatsächliche räumliche Abstand größer sein könnte. Auch Radiomessungen bestätigen, dass die Signale aus zwei unterschiedlichen Positionen stammen.
Die Lichtkurve und das Spektrum passen zu einer Gezeitenzerreißung. Die Strahlung blieb nach dem Helligkeitsmaximum mehr als einen Monat lang rund 22.000 Kelvin heiß und zeigte eine breite Wasserstofflinie. Im sichtbaren Licht lag die Helligkeit etwa 48 Tage lang über der Hälfte ihres Höchstwerts. Eine gewöhnliche Sternexplosion erklärt diese Kombination nach Einschätzung des Teams weniger gut.
Aus mehreren Modellansätzen ergibt sich für das Schwarze Loch außerhalb des Kerns eine Masse von ungefähr einer bis zehn Millionen Sonnen. Diese Werte sind keine direkte Massenmessung, sondern beruhen auf Eigenschaften des Lichtausbruchs und seiner späteren Strahlung. Das Objekt gehört damit zu den massereichen Schwarzen Löchern, die nicht zwangsläufig im Zentrum einer Galaxie sitzen.
Gleichzeitig registrierten die Teleskope schwache Radio- und Röntgenstrahlung aus dem eigentlichen Galaxienkern. Ihre Eigenschaften sprechen eher für einen schwach aktiven Galaxienkern, in dem ein zweites Schwarzes Loch Materie aufnimmt, als für gewöhnliche Sternentstehung. Aus der Bewegung der Sterne in der Wirtsgalaxie schätzt das Team die Masse dieses zentralen Objekts auf rund 200 Millionen Sonnen.
Damit wäre das zentrale Schwarze Loch erheblich schwerer als das Objekt am Ort des Sternentods. Aus den Daten ergibt sich jedoch keine beobachtete Umlaufbahn der beiden und auch kein Nachweis dafür, dass sie bald verschmelzen. Stattdessen erschließt die Studie zwei verschiedene Objekte aus ihren jeweiligen Strahlungssignaturen und aus Modellen zur Masse.
An der Position des Lichtausbruchs zeigt Hubble zudem einen schwachen Rest optischer Strahlung. Sollte er von Sternen kommen, entspräche deren gemeinsame Masse etwa zehn bis hundert Millionen Sonnen. Die Forscher halten deshalb für möglich, dass das versetzte Schwarze Loch ursprünglich im Zentrum einer kleineren Galaxie saß, die bei der Annäherung an die heutige Wirtsgalaxie einen Großteil ihrer Sterne verlor.