Donnerstag, 13. September 2012

Astrophysiker finden Hinweise auf ein schweres Schwarzes Loch im Orionnebel


Gesamtbild des Orion Nebels mit dem Sternhaufen im Zentrum: Das mutmaßliche Schwarze Loch wäre genau zwischen den vier hellen Sternen, welche das Zentrum des Sternhaufens markieren. Dies sind die Trapezsterne des Orionnebelhaufens. | Copyright: NASA/ESA/Hubble Space Telescope

Bonn (Deutschland) - Im Orionnebel, einem aktiven Sternentstehungsgebiet im Zentrum des Sternbilds Orion, kreisen die dortigen Sterne schneller umeinander als Astrophysiker dies aufgrund der hier sichtbaren Masse eigentlich vermuten würden. Ein internationales Wissenschaftlerteam glaubt nun in einem schweren Schwarzen Loch die Erklärung für das bisherige Rätsel gefunden zu haben.

Wie das Team aus Astrophysikern der Universität Bonn Karls-Universität Prag und der University of Queensland im australischen Brisbane aktuell im Fachjournal "The Astrophysical Journal" einführend erläutern, befindet sich der zentrale Sternhaufen im Orionnebel etwa 1.300 Lichtjahre von der Erde entfernt, hat einen Durchmesser von mehreren Lichtjahren und enthält etwa 5.000 junge Sterne. Beobachtungen zeigen, dass sich dieser Haufen erst vor etwa ein oder zwei Millionen Jahren gebildet hat.

"Die Sterne nahe des Zentrums im sogenannten Trapez des Haufens tanzen schneller umeinander, als man aufgrund der sichtbaren Materie erwarten würde", stellt Prof. Dr. Pavel Kroupa vom Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn fest. "Das zentrale Trapez müsste sich deshalb eigentlich auflösen." Trotz des Alters der Sternengruppe ist genau das bislang aber nicht geschehen.

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Zudem sei die Verteilung der Masse der Sterne ebenfalls sehr ungewöhnlich, so der Astrophysiker. Im Vergleich zur Zahl der Sterne mit niedriger Masse gebe es zu wenig schwere Sterne. Welche geheimnisvolle Kraft hält die eigentlich auseinanderdriftenden Sterne also zusammen? Die Wissenschaftler vermuten, dass es im Sternhaufen des Orionnebels irgendeine unsichtbare Materie geben könnte, die wie eine Art Kitt wirkt.

Um die Bildung des Orionhaufens besser verstehen zu können, simulierten die Wissenschaftler daher seine Entstehung aus einer Molekülwolke im Computer. Das Team ging dabei von einer dichten Gaswolke mit einigen Tausend Sonnenmassen Gewicht aus, die ein Gemisch aus schweren und leichten Sternen enthielt. "Wir haben hierfür eine neue Methode entwickelt, um die Wechselwirkung des Gases mit der Strahlung der sich bildenden schweren Sterne zu berechnen. Das Gas in der Nähe der Sterne wird aufgeheizt, und damit steigt der Druck und das Gas expandiert explosionsartig aus dem jungen Haufen", betont Dr. Ladislav Subr von der Karls-Universität Prag. Um die Komplexität dieses Systems nachzubilden, benutzten sie einen Computercode als Grundlage, der von Sverre Aarseth in Cambridge in mehreren Jahrzehnten Programmierarbeit entwickelt wurde.


Der Orionnebelsternhaufen als Aufnahme des ESO-Observatoriums: Im Infraroten können Astronomen durch die Wolke sehen und so die Tausenden lichtschwachen jungen Sterne sichtbar machen. Das Trapez ist im Zentrum der Aufnahme erkennbar. Zwischen diesen vier hellen Sternen würde sich das mutmaßliche Schwarze Loch befinden. | Copyright: ESO/M.McCaughrean et al. (AIP)

Die Astronomen berechneten die Entwicklung der schweren Sterne im Orionhaufen und untersuchten außerdem ihre Kollisionen untereinander. "Die Berechnungen zeigen, wie das Gas aus dem Haufen getrieben wurde und der Haufen allmählich expandierte", beschreibt Dr. Holger Baumgardt von der University of Queensland.

Die schweren Sterne wanderten demnach ins Haufenzentrum, wo viele von ihnen heraus geschleudert wurden, während andere miteinander kollidierten. "Im Zentrum des Haufens entstand oftmals ein sehr massereicher Stern, der sich am Ende seiner Lebenszeit in ein schweres Schwarzes Loch verwandelte, welches bis zu einige hundert Sonnenmassen wog", berichtet Dr. Subr.

In der Nähe eines solchen schweren Schwarzen Lochs ist die Gravitation extrem stark - so stark, dass nicht einmal Licht diesen Bereich verlassen kann. "Das Schwarze Loch erklärt insbesondere die geringe Anzahl schwerer Sterne, die noch im Haufen vorhanden ist, und warum die Sterne im Zentrum eine so hohe Geschwindigkeit besitzen", stellt Prof. Kroupa fest.

"Mit unseren Berechnungen können wir nahezu alle Eigenschaften des Orionhaufens erklären." Das Schwarze Loch lässt sich nicht direkt beobachten. Allerdings deuten die Simulationen darauf hin, dass es Teil eines kompakten Doppelsternsystems ist. Im Orionhaufen würde dann der Begleiter des jeweiligen Doppelsterns in periodischen Abständen nahe am Schwarzen Loch vorbeifliegen und dabei Gas auf es stürzen lassen. "In diesem Fall würde das Schwarze Loch als helle Röntgenquelle am Himmel erscheinen", sagt Prof. Kroupa. Damit kann die Existenz des Schwarzen Loches mit Beobachtungen nachgeprüft werden.

Falls tatsächlich ein schweres Schwarzes Loch im Orionhaufen vorhanden ist, würde dies das Verständnis der Wissenschaftler über die Bildung dieser Objekte revolutionieren. "Ein Schwarzes Loch im Zentrum des Orionnebels würde auch eine einmalige Chance für das Studium dieser Objekte darstellen", sagt der Astrophysiker der Universität Bonn. Der Orionnebel wird daher auch in Zukunft ein intensiv untersuchtes Himmelsobjekt bleiben.

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