Unerwartet rätselhaft

Stern wird ohne Supernova zum Schwarzen Loch

Das Schwarze Loch befindet sich im Zentrum und ist nicht zu sehen. Umgeben ist es von einer Staubhülle, die sich vom Schwarzen Loch entfernt, und Gas, das zu ihm hingezogen wird.(Bild: Keith Miller, Caltech/IPAC—SELab)

Astronomen haben ein seltenes Schauspiel im Nachbarsternhaufen Andromeda beobachtet – und das Überraschende daran: Das Spektakel besteht darin, dass fast nichts geschah. Ein massereicher Stern, der normalerweise in einer gewaltigen Supernova explodiert, verschwand still und leise – und hinterließ ein neues Schwarzes Loch. Diese Beobachtung liefert das bisher detaillierteste Bild, wie Sterne zu Schwarzen Löchern werden.

Die betroffene Sonne, die von Forschern M31-2014-DS1 getauft wurde, liegt rund 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt. Daten von Weltraumteleskopen wie NASA’s NEOWISE und anderen Boden- sowie Weltraumobservatorien zeigen, dass der Stern ab 2014 in Infrarotlicht heller wurde.

2016 begann er dann abrupt zu verblassen, bis er 2022 und 2023 in sichtbarem Licht und nahen Infrarotbereichen nahezu unsichtbar war – seine Helligkeit sank auf ein Zehntausendstel des ursprünglichen Werts.

Wohl unter eigener Schwerkraft kollabiert
Kishalay De, leitender Autor der Studie am Flatiron Institute in New York, erklärt gegenüber dem „Scientific American“: „Dieser Stern war einer der hellsten in der Andromeda-Galaxie – und plötzlich war er einfach weg. Stellen Sie sich vor, Beteigeuze verschwindet über Nacht – jeder würde durchdrehen.“

Die Beobachtungen legen nahe, dass der Kern des Sterns unter der eigenen Schwerkraft kollabierte und ein Schwarzes Loch bildete, während die äußeren Schichten nur langsam auseinandergetrieben wurden.

Erwartete Schockwelle blieb einfach aus
Normalerweise leuchten Sterne, weil in ihrem Inneren Wasserstoff zu Helium verschmilzt und dadurch ein Druck entsteht, der die Schwerkraft ausgleicht. Bei besonders massereichen Sternen bricht dieses Gleichgewicht, wenn der Brennstoff ausgeht. Dann kollabiert der Kern und bildet zunächst einen Neutronenstern.

Häufig erzeugt dieser Kollaps eine Schockwelle, die den Stern als Supernova zerreißt. In manchen Fällen ist die Schockwelle jedoch zu schwach, und das meiste Material fällt wieder zurück – genau das geschah bei M31-2014-DS1.

Tanz ums Schwarze Loch
Ein entscheidender Faktor ist Konvektion, also die Umwälzung von heißem Gas aus dem Kern zu kühleren äußeren Schichten. Diese Bewegung verhindert, dass alles Material sofort in das Schwarze Loch stürzt. Stattdessen umkreisen innere Schichten das Schwarze Loch, während äußerste Schichten nach außen gedrückt werden, sich abkühlen und Staub bilden. Dieser Staub blockiert das Licht des inneren Gases und sendet nur noch schwaches Infrarotlicht aus, das Jahrzehnte lang sichtbar bleiben kann.

Neue Kategorie: „Fehlgeschlagene Supernovae“
Nach Berechnungen der Forscher fällt nur etwa ein Prozent der ursprünglichen äußeren Hülle letztlich in das Schwarze Loch – genau diese minimale Menge erzeugt das Licht, das heute noch zu beobachten ist. Gleichzeitig erlaubt die detaillierte Analyse auch Rückschlüsse auf einen ähnlichen Stern, NGC 6946-BH1, der vor über zehn Jahren entdeckt wurde. Beide Fälle scheinen Teil einer neuen Kategorie „fehlgeschlagener Supernovae“ zu sein, bei denen massereiche Sterne still zu Schwarzen Löchern werden.

Die Entdeckung ist nicht nur ein wissenschaftlicher Coup, sie eröffnet auch die Möglichkeit, noch genauer zu verstehen, warum manche Sterne spektakulär explodieren, während andere leise verschwinden. Laut De ist dies „erst der Beginn der Geschichte“ – Licht von den Staubwolken um das neue Schwarze Loch könnte noch jahrzehntelang beobachtbar bleiben, unter anderem mit dem James Webb Space Telescope.