Was passiert, wenn man ein Schwarzes Loch in die Sonne bringt?

In einem hypothetischen Szenario könnten kleine, ursprüngliche Schwarze Löcher von neu entstehenden Sternen eingefangen werden. Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts für Astrophysik hat nun die Entwicklung dieser sogenannten „Hawking-Sterne“ modelliert und herausgefunden, dass sie überraschend lange Lebenszeiten haben können und in vielen Aspekten normalen Sternen ähneln. Die Arbeit ist veröffentlicht In Das Astrophysikalische Journal.

Die Asteroseismologie könnte dabei helfen, solche Sterne zu identifizieren, was wiederum die Existenz ursprünglicher Schwarzer Löcher und ihre Rolle als Bestandteil der Dunklen Materie testen könnte.

Machen wir eine wissenschaftliche Übung: Wenn wir davon ausgehen, dass unmittelbar nach dem Urknall eine große Anzahl sehr kleiner Schwarzer Löcher entstanden ist (sogenannte ursprüngliche Schwarze Löcher), könnten einige von ihnen bei der Entstehung neuer Sterne eingefangen werden. Wie würde sich dies auf den Stern während seines Lebens auswirken?

„Wissenschaftler stellen manchmal verrückte Fragen, um mehr zu erfahren“, sagt Selma de Mink, Direktorin der Sternabteilung am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA). „Wir wissen nicht einmal, ob solche urzeitlichen Schwarzen Löcher existieren, aber wir können trotzdem ein interessantes Gedankenexperiment durchführen.“

Ursprüngliche Schwarze Löcher hätten sich im sehr frühen Universum mit einem breiten Massenspektrum gebildet, von einigen so klein wie ein Asteroid bis hin zu Tausenden von Sonnenmassen. Sie könnten einen wichtigen Bestandteil der Dunklen Materie darstellen und auch die Keime für die supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum heutiger Galaxien sein.

Mit einer sehr geringen Wahrscheinlichkeit könnte ein neu entstehender Stern ein Schwarzes Loch mit der Masse eines Asteroiden oder eines kleinen Mondes einfangen, das dann das Zentrum des Sterns einnehmen würde. Ein solcher Stern wird „Hawking-Stern“ genannt, benannt nach Stephen Hawking, der diese Idee erstmals in den 1970er Jahren in einer Arbeit vorschlug.

Das Schwarze Loch im Zentrum eines solchen Hawking-Sterns würde nur langsam wachsen, da der Einfall von Gas zur Versorgung des Schwarzen Lochs durch die ausströmende Leuchtkraft behindert wird. Ein internationales Wissenschaftlerteam hat nun die Entwicklung eines solchen Sterns mit unterschiedlichen Anfangsmassen für das Schwarze Loch und mit unterschiedlichen Akkretionsmodellen für das Sternzentrum modelliert. Ihr erstaunliches Ergebnis: Wenn die Masse des Schwarzen Lochs klein ist, ist der Stern praktisch nicht von einem normalen Stern zu unterscheiden.

„Sterne, die in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch beherbergen, können überraschend lange leben“, sagt Earl Patrick Bellinger, MPA-Postdoc und jetzt Assistenzprofessor an der Yale University, der die Studie leitete. „Unsere Sonne könnte sogar ein so massereiches Schwarzes Loch auf dem Planeten Merkur in ihrem Zentrum haben, ohne dass wir es merken.“

Der Hauptunterschied zwischen einem solchen Hawking-Stern und einem normalen Stern läge in der Nähe des Kerns, der aufgrund der Akkretion auf das Schwarze Loch konvektiv werden würde. Es würde die Eigenschaften des Sterns an seiner Oberfläche nicht verändern und würde sich den derzeitigen Nachweismöglichkeiten entziehen. Es könnte jedoch mithilfe des relativ neuen Gebiets der Asteroseismologie nachweisbar sein, bei dem Astronomen akustische Schwingungen verwenden, um das Innere eines Sterns zu untersuchen.

Auch in ihrer späteren Entwicklung, in der Phase des Roten Riesen, könnte das Schwarze Loch zu charakteristischen Signaturen führen. Bei kommenden Projekten wie PLATO könnten solche Objekte entdeckt werden. Es sind jedoch weitere Simulationen erforderlich, um die Auswirkungen zu bestimmen, die sich aus der Einwirkung eines Schwarzen Lochs auf Sterne unterschiedlicher Masse und Metallizität ergeben.

Sollten sich tatsächlich kurz nach dem Urknall urzeitliche Schwarze Löcher gebildet haben, könnte die Suche nach Hawking-Sternen eine Möglichkeit sein, sie zu finden.

„Auch wenn die Sonne als Übung genutzt wird, gibt es gute Gründe zu der Annahme, dass Hawking-Sterne häufig in Kugelsternhaufen und ultraschwachen Zwerggalaxien vorkommen“, betont Professor Matt Caplan von der Illinois State University, Mitautor der Studie.

„Das bedeutet, dass Hawking-Sterne ein Werkzeug sein könnten, um sowohl die Existenz ursprünglicher Schwarzer Löcher als auch ihre mögliche Rolle als Dunkle Materie zu testen.“