Eine weltweit erste Entdeckung – Zwillingssterne sind im galaktischen Schwarzen Loch gefangen

Im Zentrum der Milchstraße befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch namens Sagittarius A*. Es ist ungefähr 27.000 Lichtjahre von der Erde und 23,5 Millionen Kilometer Durchmesser.

Als Weltneuheit hat ein Team von Astronomen unter der Leitung von Florian Peißker von der Universität zu Köln ein Doppelsternsystem entdeckt, das dieses Schwarze Loch umkreist.

Das System ist als D9 bekannt. Seine Entdeckung, angekündigt in a neues Papier heute in Nature Communications veröffentlicht, wirft Licht auf die extreme Umgebung im Zentrum unserer Milchstraße.

Es hilft auch, ein seit langem bestehendes kosmisches Rätsel zu erklären, warum manche Sterne viel schneller durch den Weltraum rasen als andere.

Was ist ein Doppelsternsystem?

Ein Doppelsternsystem besteht einfach aus zwei Sternen, die einander umkreisen.

Unsere Sonne ist nicht Teil eines Doppelsternsystems, was gut ist: Wir möchten nicht, dass ein weiterer Stern durch unser Sonnensystem wandert. Es würde die Umlaufbahn der Erde stören; wir würden braten oder einfrieren.

Beobachtungen zeigen etwa zwei Drittel der Sterne in der Milchstraße sind Einzelsterne, der Rest ist Teil eines Doppel- oder Mehrfachsternsystems. Größere Sterne bilden eher Paare.

Doppelsternsysteme sind für Astronomen nützlich, da ihre Bewegung eine Fülle von Informationen enthält. Geschwindigkeit und Entfernung der Umlaufbahnen geben uns beispielsweise Aufschluss über die Massen der Sterne.

Im Gegensatz dazu ermitteln wir die Masse eines einzelnen Sterns normalerweise anhand seiner Helligkeit.

Eine technisch anspruchsvolle Entdeckung

Obwohl Wissenschaftler bereits vorhergesagt haben, dass Doppelsternsysteme in der Nähe von supermassereichen Schwarzen Löchern existieren, haben sie noch nie eines entdeckt.

Diese jüngste Entdeckung war technisch gesehen eine ziemliche Herausforderung. Wir können nicht einfach in das System schauen und zwei Sterne sehen, weil es zu weit entfernt ist. Vielmehr nutzten die Astronomen das Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte, um die Verschiebung des Sternenlichts – den sogenannten Doppler-Effekt – zu messen. Dies zeigte, dass das Licht des Sternsystems ein charakteristisches Wackeln aufwies, was auf eine Umlaufbahn hindeutete.

Aber das Team hat noch viel mehr getan.

Da Doppelsterne eine Fülle von Informationen enthalten, konnten die Astronomen berechnen, dass dieses spezielle System etwa 2,7 Millionen Jahre alt ist. Das heißt, vor 2,7 Millionen Jahren entzündeten sich diese Sterne zum ersten Mal.

Sie wurden wahrscheinlich nicht in der extremen Umgebung des Schwarzen Lochs geboren. Wenn sie also nicht erst kürzlich in diese Umgebung gewandert sind, haben sie in ihrer aktuellen Umgebung etwa eine Million Jahre überlebt.

Dies wiederum sagt uns etwas über die Fähigkeit des Schwarzen Lochs, Sterne in seiner Umlaufbahn zu stören. Schwarze Löcher sind mysteriöse Wesen, aber Hinweise wie dieser helfen uns, ihre Natur zu entschlüsseln.

Ein Schwarzes Loch umkreisen

Die Situation, die die Astronomen entdeckt haben, ist durchaus bekannt.

Denken Sie an den Mond: Er umkreist die Erde, und Erde und Mond umkreisen gemeinsam die Sonne. Da die Schwerkraft eine anziehende Kraft ist, kann sie mehrere Himmelsobjekte in komplizierte Umlaufbahnen ziehen. Die Komplexität dieses Szenarios inspirierte das jüngste Buch und die Netflix-Serie: Das Drei-Körper-Problem.

Wenn sie kompliziert sind, könnte das Ganze dann auseinanderdriften? Die Mond-Erde-Sonne-Anordnung ist stabil, weil zwei der drei Körper – Erde und Mond – viel näher beieinander liegen als der andere Körper, die Sonne. Der Mond und die Erde sind so nahe beieinander, dass es sich bei der Sonne praktisch um ein Zweikörpersystem handelt, das stabil ist.

Aber wenn alle drei Körper interagieren, kann das System auseinanderfallen. Es ist sogar möglich, dass zwei der Körper dies tun Den dritten Körper vollständig auswerfen.

Sterne mit ungewöhnlicher Geschwindigkeit

Dieser Mechanismus erklärt wahrscheinlich ein kosmisches Rätsel: Hypergeschwindigkeitssterne.

Die meisten Sterne am Nachthimmel befinden sich in einer typischen, fast kreisförmigen Umlaufbahn um das Zentrum unserer Galaxie. Die Umlaufgeschwindigkeit beträgt etwa 200 Kilometer pro Sekunde: auf der Erde sehr schnell, im Weltraum jedoch nichts Besonderes.

Jedoch, Seit 2005 haben wir etwa 20 Hypergeschwindigkeitssterne entdecktdie mit mehr als 1.000 Kilometern pro Sekunde durch unsere Galaxie rasen. Wie?

Unsere derzeit beste Vorstellung ist, dass Hypergeschwindigkeitssterne einst Teil eines Doppelsternsystems waren, das unser supermassereiches Schwarzes Loch umkreiste. Mit der Zeit kamen die Sterne dem Schwarzen Loch zu nahe und es entstand eine komplizierte Umlaufbahn. In dem Chaos, in dem ein Schwarzes Loch das Sagen hatte, wurde einer der Sterne herausgeschleudert. Es entkam in die äußere Milchstraße, wo wir es als Hypergeschwindigkeitsstern sehen.

Auf der Suche nach der Hypervelocity-Fabrik

Es ist eine interessante Theorie.

Theoretische Berechnungen zeigen, dass der Mechanismus funktioniert und die Geschwindigkeiten ungefähr stimmen. Beobachtungen zeigen, dass viele der bekannten Hypergeschwindigkeitssterne scheinbar vom galaktischen Zentrum wegschießen, was ein weiterer Pluspunkt für die Theorie ist. Aber wie sonst könnten wir diese Idee testen?

Ein naheliegender Weg besteht darin, nach Doppelsternen rund um unser supermassereiches Schwarzes Loch zu suchen.

Astronomen haben unser galaktisches Zentrum seit Jahrzehnten genau im Auge. Es ist nicht allzu schwer, es am Nachthimmel zu finden, wie Sie auf dem Bild unten sehen können.

Hier sind zwei zuverlässige Methoden, um Schütze A* zu finden. Finden Sie zuerst Antares (hell und rot), das Zentrum des Rückens des Skorpions, und folgen Sie dann dem Körper des Skorpions bis zur Schwanzspitze, und das ist in der Nähe des Schwarzen Lochs. Alternativ, Holen Sie sich eine gute Nachthimmel-App auf Ihrem Telefon; Sie sind erstaunlich.

Im Kontext dieser Theorien ist diese jüngste Entdeckung sehr wichtig. Astronomen haben ein Doppelsternsystem um unser supermassereiches Schwarzes Loch entdeckt. Ein wichtiger Teil des Hypergeschwindigkeitspuzzles fügt sich zusammen.

(Autor: Luke BarnesDozent für Physik, Western Sydney University)

(Offenlegungserklärung: Luke Barnes arbeitet nicht für Unternehmen oder Organisationen, die von diesem Artikel profitieren würden, berät sie nicht, besitzt keine Anteile an ihnen und erhält keine Finanzierung von diesen und hat über ihre akademische Anstellung hinaus keine relevanten Verbindungen offengelegt.

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