Astronomen haben eine überraschend dichte Konzentration von Schwarzen Löchern – über 100 Schwarze Löcher mit Sternmasse – entdeckt, die sich in den Überresten eines alten Sternhaufens namens Palomar 5 bewegen. Diese Entdeckung bietet einen seltenen Einblick in die chaotische Dynamik von Sternpopulationen und liefert Beweise dafür, dass sich solche Cluster letztendlich in Ströme von Schwarzen Löchern auflösen könnten, die die Milchstraße umkreisen.
Das Fossil eines Sternhaufens
Palomar 5, ein Kugelsternhaufen, der sich etwa 80.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, erstreckt sich als Gezeitenstrom über 30.000 Lichtjahre im Weltraum. Kugelsternhaufen wie Palomar 5 gehören zu den ältesten Strukturen in der Galaxie und wurden aus denselben ursprünglichen Gaswolken wie die frühesten Sterne gebildet. Diese dichten Ansammlungen, die typischerweise Hunderttausende bis Millionen Sterne enthalten, fungieren als Zeitkapseln des frühen Universums und liefern Einblicke in die galaktische Geschichte und die Verteilung der Dunklen Materie.
Stellar Streams mit Gaia verfolgen
Jahrelang war es schwierig, die Entstehung von Gezeitenströmen – langen, dahinziehenden Strömen aus Sternen – zu identifizieren. Das Gaia-Observatorium der Europäischen Weltraumorganisation hat jedoch die Milchstraße mit beispielloser Präzision kartiert und dabei weitere dieser Strukturen ans Licht gebracht. Palomar 5 ist einzigartig, weil es sowohl eine breite, lockere Sternverteilung und einen langen Gezeitenstrom ist, der sich über 20 Grad des Himmels erstreckt. Dies macht es zu einer entscheidenden Fallstudie für das Verständnis der Entstehung von Sternströmen.
Die Rolle von Schwarzen Löchern bei der Zerstörung von Clustern
Mithilfe detaillierter Computersimulationen fanden Forscher heraus, dass die beobachtete Konfiguration von Palomar 5 nur durch die Anwesenheit einer unverhältnismäßig hohen Anzahl Schwarzer Löcher erklärt werden konnte. Die Gravitationswechselwirkungen zwischen Sternen und Schwarzen Löchern hätten Sterne in den Gezeitenstrom geschleudert, allerdings nur mit einer Häufigkeit von Schwarzen Löchern, die die bisherigen Schätzungen weit übersteigt.
Die Simulationen deuten darauf hin, dass über 20 % der Gesamtmasse von Palomar 5 aus Schwarzen Löchern bestehen, von denen jedes etwa das 20-fache der Masse unserer Sonne hat. Diese über den Erwartungen liegende Konzentration impliziert, dass sich der Cluster innerhalb einer Milliarde Jahren vollständig auflöst und nur ein Schwarm Schwarzer Löcher zurückbleibt, der das galaktische Zentrum umkreist.
Auswirkungen auf Fusionen von Schwarzen Löchern
Diese Entdeckung hat erhebliche Auswirkungen auf das Verständnis der Verschmelzung binärer Schwarzer Löcher, die vermutlich häufig in Sternhaufen auftreten. Die Methode zur Schätzung der Anzahl der Schwarzen Löcher in Palomar 5 – durch die Verfolgung der von ihnen ausgeworfenen Sterne – bietet eine neue Möglichkeit, die Populationen Schwarzer Löcher in anderen Clustern einzuschränken.
„Eine große Unbekannte in diesem Szenario ist, wie viele Schwarze Löcher es in Sternhaufen gibt … Unsere Methode gibt uns die Möglichkeit, herauszufinden, wie viele Schwarze Löcher es in einem Sternhaufen gibt, indem wir die Sterne betrachten, die sie ausstoßen.“ – Fabio Antonini, Universität Cardiff
Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass andere Kugelsternhaufen wahrscheinlich ein ähnliches Schicksal erleiden und sich schließlich in Ströme von Schwarzen Löchern auflösen werden. Dies bestärkt die Idee, dass solche Cluster hervorragende Orte für die Suche nach Kollisionen von Schwarzen Löchern und Schwarzen Löchern mittlerer Masse sind und die Lücke zwischen Schwarzen Löchern mit Sternmasse und Supermasse schließen.
Die in Nature Astronomy veröffentlichte Forschung bestätigt, dass das Universum voller Überraschungen steckt, selbst innerhalb der Überreste antiker Sternhaufen.
