Was passiert, wenn du ein Schwarzes Loch in die Sonne bringst?

22. Dezember 2023

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Korrektur gelesen von der Max-Planck-Gesellschaft

In einem hypothetischen Szenario könnten kleine, urzeitliche Schwarze Löcher von neu entstehenden Sternen eingefangen werden. Ein internationales Team unter der Leitung von Forschern am Max-Planck-Institut für Astrophysik hat die Entwicklung dieser sogenannten "Hawking-Sterne" modelliert und festgestellt, dass sie erstaunlich lange Lebensdauern haben können und in vielerlei Hinsicht normalen Sternen ähneln. Die Arbeit wurde in The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Asteroseismologie könnte helfen, solche Sterne zu identifizieren, die wiederum die Existenz urzeitlicher Schwarzer Löcher und ihre Rolle als Bestandteil der Dunklen Materie testen könnten.

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

"Wissenschaftler stellen manchmal verrückte Fragen, um mehr zu lernen", sagt Selma de Mink, Leiterin der Abteilung für Sterne am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA). "Wir wissen noch nicht einmal, ob solche urzeitlichen Schwarzen Löcher existieren, aber wir können dennoch ein interessantes Gedankenexperiment durchführen."

Urzeitliche Schwarze Löcher hätten sich im sehr frühen Universum mit einer Vielzahl von Massen gebildet, von einigen so klein wie ein Asteroid bis zu Tausenden von Sonnenmassen. Sie könnten eine wichtige Komponente der Dunklen Materie darstellen und zugleich die Keimzellen für die supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum heutiger Galaxien sein.

Mit sehr geringer 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 als "Hawking-Stern" bezeichnet, benannt nach Stephen Hawking, der diese Idee in den 1970er Jahren erstmals in einem Aufsatz vorschlug.

Das Schwarze Loch im Zentrum eines solchen Hawking-Sterns würde nur langsam wachsen, da der Zustrom von Gas zur Fütterung des Schwarzen Lochs durch die ausgehende Helligkeit gehemmt wird. Ein internationales Team von Wissenschaftlern hat die Entwicklung eines solchen Sterns mit verschiedenen Anfangsmassen für das Schwarze Loch und mit verschiedenen Anreicherungsmodellen für das Sternenzentrum modelliert. Ihr erstaunliches Ergebnis: Wenn die Masse des Schwarzen Lochs gering ist, ist der Stern im Wesentlichen von einem normalen Stern nicht zu unterscheiden.

"Sterne, die ein Schwarzes Loch in ihrem Zentrum beherbergen, können erstaunlich lange leben", sagt Earl Patrick Bellinger, MPA Postdoktorand und jetzt Assistenzprofessor an der Yale University, der die Studie leitete. "Unsere Sonne könnte sogar ein Schwarzes Loch mit der Masse des Planeten Merkur in ihrem Zentrum haben, ohne dass wir es bemerken."

Der Hauptunterschied zwischen einem solchen Hawking-Stern und einem normalen Stern würde sich in der Nähe des Kerns befinden, der aufgrund der Anreicherung am Schwarzen Loch konvektiv werden würde. Dies würde die Eigenschaften des Sterns an seiner Oberfläche nicht verändern und würde den derzeitigen Nachweismöglichkeiten entgehen. Es könnte jedoch mittels der relativ neuen Disziplin der Asteroseismologie nachweisbar sein, bei der Astronomen akustische Schwingungen nutzen, 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. Mit kommenden Projekten wie PLATO könnten solche Objekte entdeckt werden. Weitere Simulationen sind jedoch erforderlich, um die Auswirkungen der Integration eines Schwarzen Lochs in Sterne unterschiedlicher Massen und Metallizitäten zu bestimmen.

Wenn urzeitliche Schwarze Löcher tatsächlich kurz nach dem Urknall entstanden sein sollten, könnten die Suche nach Hawking-Sternen eine Möglichkeit sein, sie zu finden.

"Auch wenn die Sonne für diese Übung verwendet wird, gibt es gute Gründe zu glauben, dass Hawking-Sterne in Kugelsternhaufen und ultraweak-Satellitengalaxien häufig sein könnten", betont Professor Matt Caplan an der Illinois State University, Mitautor der Studie.

"Dies bedeutet, dass Hawking-Sterne ein Werkzeug für den Test sowohl der Existenz urzeitlicher Schwarzer Löcher als auch ihrer möglichen Rolle als Dunkle Materie sein könnten."

Journal-Informationen: Astrophysical Journal

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