Künstlerische Darstellung des Binärsystems Vtfs 243. Bildnachweis: Esol. Calçada
Eines Tages, vermutlich in viereinhalb Milliarden Jahren (ja, man kann noch ruhig schlafen), wird der Stern im Zentrum des Sonnensystems, die Sonne, beginnen, sich auszudehnen, bis er die Erde verschlingt. Anschließend wird es zunehmend instabil, bis es zu einem kleinen, dichten Objekt, einem sogenannten Weißen Zwerg, zusammenfällt. Hätte die Sonne jedoch etwa die achtfache Masse, wäre ihr Tod viel weniger diskret: Bevor sie ihre Tage als Neutronenstern oder Schwarzes Loch beendet, würde sie einen großen „Knall“ erzeugen, den Astronomen eine Supernova nennen. Obwohl es sich hier um die Sternentwicklung handelt, die wir in Schulbüchern studieren, bleibt noch viel über den Sternenhimmel und insbesondere über den mehr oder weniger spektakulären Tod massereicher Sterne zu verstehen.
Neue Forschungsergebnisse von Astrophysikern des Niels-Bohr-Instituts der Universität Kopenhagen veröffentlicht am Briefe zur körperlichen Untersuchung liefert überzeugende Beweise dafür, dass es für bestimmte sehr massereiche Sterne tatsächlich möglich ist, „unmerklich“ zu sterben. Tatsächlich deuten ihre Untersuchungen darauf hin, dass die Anziehungskraft eines Sterns bei ausreichender Masse so stark sein kann, dass es bei seinem Tod zu keiner Explosion kommt. Im Gegenteil, der Stern kann das sogenannte durchmachen völliger Zusammenbruch.
Der Grund für diese Untersuchung liegt in der Beobachtung, dass das Phänomen der sog Verschwinden der Sterne. Das Projekt „A Survey about Nothing“ unter der Leitung des Astrophysikers Chris Kochanek ist ein Beispiel für die Bemühungen, verschwindende Sterne zu untersuchen und Erklärungen für ihr Verschwinden zu finden. In diesem Zusammenhang liefert die Entdeckung der Autoren ein anschauliches Beispiel und eine plausible wissenschaftliche Erklärung für Phänomene dieser Art.
Gegenstand der Studie ist die jüngste Beobachtung eines ungewöhnlichen Doppelsternsystems am Rande unserer Galaxie, genannt Vfts 243, in dem ein massereicher Stern und ein Schwarzes Loch, das neunmal massereicher als die Sonne ist, einander umkreisen. „Wenn man beobachten würde, wie ein Stern im richtigen Moment völlig zusammenbricht, wäre das so, als würde man beobachten, wie ein Stern plötzlich abschaltet und vom Himmel verschwindet.“ Der Kollaps ist so vollständig, dass es zu keiner Explosion kommt, nichts entweicht und keine helle Supernova am Nachthimmel zu sehen wäre. In jüngster Zeit haben Astronomen das plötzliche Verschwinden sehr heller Sterne beobachtet. Wir können uns eines Zusammenhangs nicht sicher sein, aber die Ergebnisse der Analyse von Vfts 243 haben uns einer plausiblen Erklärung viel näher gebracht“, sagt er Alejandro Vigna-GómezErstautor der Studie.
Das James Webb-Weltraumteleskop enthüllt Details der Struktur und Zusammensetzung des Tarantula-Nebels, in dem sich das Doppelsternsystem Vfts 243 sowie Dutzende Hintergrundgalaxien befinden. Der Sternkindergarten 30 Doradus erhält aufgrund seiner langen, staubigen Filamente den Spitznamen „Tarantelnebel“. Sie liegt in der Großen Magellanschen Wolke und ist die größte und hellste Sternentstehungsregion in der Nähe unserer Galaxie. Sie beherbergt die heißesten und massereichsten bekannten Sterne. Bildnachweis: NASA, ESA, Csa, StScI, Webb Ero Production Team
Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler von der Existenz solcher Doppelsternsysteme in der Milchstraße, in denen einer der Sterne zu einem Schwarzen Loch geworden ist. Aber die jüngste Entdeckung von Vfts 243 knapp außerhalb der Milchstraße in der Großen Magellanschen Wolke ist etwas ganz Besonderes. „Normalerweise können Supernova-Ereignisse in Sternensystemen nach ihrem Auftreten auf verschiedene Arten gemessen werden.“ Doch obwohl Vfts 243 einen Stern enthält, der in ein Schwarzes Loch kollabiert ist, gibt es Spuren einer Explosion Sie sind nirgendwo zu finden. Vfts 243 ist ein außergewöhnliches System. „Die Umlaufbahn des Systems hat sich seit dem Kollaps des Sterns in ein Schwarzes Loch kaum verändert“, erklärt Vigna-Gómez.
Die Forscher analysierten die Beobachtungsdaten auf eine Reihe von Hinweisen, die von einem Sternensystem zu erwarten wären, das zuvor eine Supernova-Explosion erlebt hatte, fanden jedoch keine überzeugenden Beweise dafür. Beispielsweise zeigt das System keine Anzeichen einer Beschleunigung umlaufender Objekte, die nach einer Supernova-Explosion zu erwarten wäre. Darüber hinaus ist er sehr symmetrisch und zeichnet sich durch eine nahezu perfekt kreisförmige Umlaufbahn aus, und die Spuren einer Energiefreisetzung, die beim Kollaps des ehemaligen Sternkerns stattfand, deuten auf eine Energieart hin, die mit einem vollständigen Kollaps vereinbar ist.
Ihre Schätzungen stimmen mit einem Szenario überein, in dem der kleinste Schub, der beim Sternkollaps entsteht, nicht auf baryonische Materie zurückzuführen ist, zu der Neutronen und Protonen gehören, sondern auf Neutrinos. Dies ist ein weiterer Hinweis darauf, dass es in dem System nicht zu einer Explosion kam. „Unsere Analyse zeigt eindeutig, dass sich das Schwarze Loch in Vfts 243 höchstwahrscheinlich sofort gebildet hat, wobei die Energie hauptsächlich durch Neutrinos verloren ging“, sagt er Irene Tamborra des Niels Bohr Instituts.
Laut Tamborra ermöglicht das Vfts 243-System den Vergleich einer Reihe astrophysikalischer Theorien und Modellrechnungen mit realen Beobachtungen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Vfts 243 der bisher beste beobachtbare Fall für die Theorie stellarer Schwarzer Löcher ist, die durch einen totalen Kollaps entstanden sind, bei dem die Supernova-Explosion fehlschlägt und den unsere Modelle als möglich erwiesen haben.“ Dies ist ein wichtiger Realitätscheck für diese Modelle. Und wir gehen sicher davon aus, dass das System als entscheidender Bezugspunkt für zukünftige Forschungen zur Sternentwicklung und zum Kollaps dienen wird“, schließt Tamborra.
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