Es wurde festgestellt, dass das „nächstgelegene Schwarze Loch“-System kein Schwarzes Loch enthält

Im Jahr 2020 berichtete ein Team unter der Leitung von Astronomen der Europäischen Südsternwarte (ESO) über das erdnächste Schwarze Loch, das sich nur 1.000 Lichtjahre entfernt im System HR 6819 befindet. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden jedoch von anderen Forschern angefochten, darunter von einem internationalen Team an der KU Leuven, Belgien. In einem heute veröffentlichten Papier haben sich diese beiden Teams zusammengeschlossen, um zu berichten, dass es in HR 6819 tatsächlich kein Schwarzes Loch gibt, sondern ein „Vampir“-Zwei-Sterne-System in einer seltenen und kurzlebigen Phase seiner Entwicklung.

Die ursprüngliche Studie zu HR 6819 erhielt sowohl von der Presse als auch von Wissenschaftlern große Aufmerksamkeit. Thomas Rivinius, ein in Chile ansässiger ESO-Astronom und Hauptautor dieses Artikels, war nicht überrascht, wie die Astronomie-Community ihre Entdeckung des Schwarzen Lochs aufnahm. „Es ist nicht nur normal, sondern es sollte sein, dass Ergebnisse hinterfragt werden“, sagt er, „und ein Ergebnis, das umso mehr Schlagzeilen macht.“

Rivinius und seine Kollegen waren überzeugt, dass die beste Erklärung für die Daten, die sie mit dem MPG/ESO 2,2-Meter-Teleskop erhalten hatten, darin bestand, dass HR 6819 ein Dreifachsystem war, bei dem ein Stern alle 40 Tage ein Schwarzes Loch umkreist und ein zweiter Stern in einem viel breiteren Orbit. Aber eine Studie unter der Leitung von Julia Bodensteiner, damals ein Ph.D. Student an der KU Leuven, Belgien, schlug eine andere Erklärung vor für dieselben Daten: HR 6819 könnte auch ein System mit nur zwei Sternen auf einer 40-Tage-Umlaufbahn und überhaupt keinem Schwarzen Loch sein. Dieses alternative Szenario würde erfordern, dass einer der Sterne „abgestreift“ wird, was bedeutet, dass er zu einem früheren Zeitpunkt einen großen Teil seiner Masse an den anderen Stern verloren hat.

„Wir hatten die Grenze der vorhandenen Daten erreicht, also mussten wir uns einer anderen Beobachtungsstrategie zuwenden, um zwischen den beiden von den beiden Teams vorgeschlagenen Szenarien zu entscheiden“, sagt Abigail Frost, Forscherin an der KU Leuven, die die heute veröffentlichte neue Studie leitete Astronomie & Astrophysik.

Um das Rätsel zu lösen, arbeiteten die beiden Teams zusammen, um mit dem Very Large Telescope (VLT) und dem Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der ESO neue, schärfere Daten von HR 6819 zu erhalten. „Das VLTI war die einzige Einrichtung, die uns die entscheidenden Daten lieferte, die wir brauchten, um zwischen den beiden Erklärungen zu unterscheiden“, sagt Dietrich Baade, Autor sowohl der ursprünglichen HR 6819-Studie als auch der neuen Astronomie & Astrophysik Papier. Da es keinen Sinn machte, zweimal um dieselbe Beobachtung zu bitten, schlossen sich die beiden Teams zusammen, was es ihnen ermöglichte, ihre Ressourcen und ihr Wissen zu bündeln, um die wahre Natur dieses Systems zu finden.

„Die Szenarien, nach denen wir gesucht haben, waren ziemlich klar, sehr unterschiedlich und mit dem richtigen Instrument leicht unterscheidbar“, sagt Rivinius. „Wir waren uns einig, dass es zwei Lichtquellen im System gibt, also war die Frage, ob sie einander nahe umkreisen, wie im Szenario mit gestrippten Sternen, oder weit voneinander entfernt sind, wie im Szenario des Schwarzen Lochs.“

Um zwischen den beiden Vorschlägen zu unterscheiden, verwendeten die Astronomen sowohl das GRAVITY-Instrument des VLTI als auch das Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE)-Instrument am VLT der ESO.

„MUSE bestätigte, dass es in einer breiteren Umlaufbahn keinen hellen Begleiter gab, während die hohe räumliche Auflösung von GRAVITY in der Lage war, zwei helle Quellen aufzulösen, die nur ein Drittel der Entfernung zwischen Erde und Sonne voneinander entfernt waren“, sagt Frost. „Diese Daten erwiesen sich als das letzte Puzzleteil und erlaubten uns den Schluss, dass HR 6819 ein binäres System ohne Schwarzes Loch ist.“

„Unsere bisher beste Interpretation ist, dass wir dieses Doppelsternsystem in einem Moment eingefangen haben, kurz nachdem einer der Sterne die Atmosphäre von seinem Begleitstern abgesaugt hatte. Dies ist ein häufiges Phänomen in engen Doppelsternsystemen, das manchmal als ‚stellarer Vampirismus‘ bezeichnet wird der Presse“, erklärt Bodensteiner, jetzt Stipendiat der ESO in Deutschland und Autor der neuen Studie. „Während der Spenderstern von einem Teil seines Materials befreit wurde, begann sich der Empfängerstern schneller zu drehen.“

„Eine solche Post-Interaktionsphase einzufangen ist extrem schwierig, da sie so kurz ist“, fügt Frost hinzu. „Das macht unsere Ergebnisse für HR 6819 sehr aufregend, da es einen perfekten Kandidaten darstellt, um zu untersuchen, wie dieser Vampirismus die Entwicklung massereicher Sterne und damit die Entstehung der damit verbundenen Phänomene beeinflusst, darunter Gravitationswellen und heftige Supernova-Explosionen.“

Das neu gebildete gemeinsame Team von Leuven und ESO plant nun, HR 6819 mit dem GRAVITY-Instrument des VLTI genauer zu überwachen. Die Forscher werden im Laufe der Zeit eine gemeinsame Studie des Systems durchführen, um seine Entwicklung besser zu verstehen, seine Eigenschaften einzuschränken und dieses Wissen zu nutzen, um mehr über andere binäre Systeme zu erfahren.

Was die Suche nach Schwarzen Löchern betrifft, bleibt das Team optimistisch. „Schwarze Löcher mit stellarer Masse bleiben aufgrund ihrer Natur sehr schwer fassbar“, sagt Rivinius. „Aber Größenordnungsschätzungen deuten darauf hin, dass es allein in der Milchstraße mehrere zehn bis hundert Millionen Schwarze Löcher gibt“, fügt Baade hinzu. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis Astronomen sie entdecken.

Diese Forschung wurde in dem Artikel „HR 6819 ist ein binäres System ohne schwarzes Loch: Revisiting the source with infrared interferometry and optical integral field spectroscopy“ vorgestellt, das in erscheinen soll Astronomie & Astrophysik.