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Schwarzes Loch zerreißt Stern

Astronomen beobachten erstmals das Zerreißen eines Sterns fast von Anfang an

Tidal Disruption Event
Wenn ein Stern einem supermassereichen Schwarzen Loch zu nahe kommt, wird er von den enormen Gezeitenkräften zerrissen – was dabei passiert, haben Astronomen jetzt beobachtet. © Robin Dienel/Carnegie Institution for Science

Kosmische Katastrophe: Astronomen haben den Tod eines Sterns an einem supermassereichen Schwarzen Loch beobachtet – so detailliert wie nie zuvor. Dank des NASA-Weltraumteleskops TESS konnten sie das Zerreißen des Sterns erstmals schon in seinen Anfängen verfolgen. Dies enthüllte neue und teilweise überraschende Informationen über diese seltenen Ereignisse, wie die Forscher im Fachmagazin „The Astrophysical Journal“ berichten.

Im Zentrum der meisten Galaxien liegen supermassereiche Schwarze Löcher – auch im Herzen unserer Milchstraße. Ihre enorme Schwerkraft prägt nicht nur das Verhalten der Galaxie, sie zieht auch immer wieder Gaswolken oder nahe Sterne in seinen Gravitationsstrudel. Kommt der Stern zu nahe, wird er durch die starken Gezeitenkräfte zerrissen – Astronomen sprechen von einem Tidal Disruption Event. Vom Ende des Sterns künden dann Strahlenausbrüche, leuchtende Gasklumpen am Ereignishorizont und Jets aus energiereichen Teilchen.

TDE
Beim Tidal Disruption Event löst sich der Stern in einem glühenden Strom aus Gas auf. © NASA/GSFC

Doch bisher haben Astronomen nur wenige dieser Sternentode beobachtet – und keinen davon rechtzeitig und im Detail. Denn diese Ereignisse sind sehr selten, sie kommen in einer Galaxie von der Größe der Milchstraße nur einmal alle 10.000 bis 100.000 Jahre vor. Meist wurden solche Tidal Disruption Events zudem erst detektiert, nachdem der Stern schon zerstört und der Strahlenausbruch wieder am Abklingen war.

Sternentod schon in den Anfängen „erwischt“

Jetzt ist Forschern erstmals gelungen, ein solches Tidal Disruption Event an einem supermassereichen Schwarzen Loch fast von Anfang an zu verfolgen. Entdeckt wurde das Ereignis von den Teleskopen des All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASASSN), einem Netzwerk von Teleskopen, die automatisiert den Himmel nach Sternenexplosionen absuchen. Am 29. Januar 2019 registrierten sie einen hellen Ausbruch im Zentrum einer 375 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie.

Sofort alarmierten die Astronomen weitere Observatorien, damit diese das Ereignis in anderen Wellenlängen und Auflösungen mitverfolgen konnten. Schnell zeigte sich, dass die Strahlung vom Zerreißen eines Sterns am zentralen Loch dieser Galaxie herrührte. Noch besser jedoch: Durch einen glücklichen Zufall ereignete sich dieses Tidal Disruption Event genau im Blickfeld des Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) der NASA. Mithilfe seiner Aufnahmen konnten die Astronomen das Geschehen sogar bis zu 42 Tage vor dem Höhepunkt zurückverfolgen.

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So nah wie nie zuvor

„Nur eine Handvoll solcher Ereignisse wurde bisher vor ihrem Höhepunkt entdeckt und diesen haben wir nur wenige Tage nach seinem Beginn aufgespürt“, sagt Thomas Holoien von den Carnegie Observatories in Pasadena. „Diese frühen Daten werden unglaublich hilfreich dafür sein, die Physik solcher Ausbrüche zu verstehen.“ Der ASASSN-19bt getaufte Sternentod ist zudem das nächstliegende Ereignis dieser Art, das je beobachtet wurde.

„Die frühen TESS-Daten erlauben es uns, Licht aus dem Bereich sehr nah am Schwarzen Loch zu sehen – viel näher als jemals zuvor“, sagt Koautor Patrick Vallely von der Ohio State University. „Sie zeigen uns, dass sich die Helligkeit dieses Ereignisses sehr gleichmäßig und ohne stärkeres Flackern zunimmt.“ Dies haben Astronomen bei anderen Tidal Disruption Events noch nicht beobachtet.

Die Beobachtung des Sternentods am Schwarzen Loch.© NASA/GSFC

Ungewöhnliches Verhalten

Die Beobachtungen enthüllten auch, dass diese kosmische Katastrophe zwar enorme Mengen an UV-Licht freisetzte, aber vergleichsweise wenig energiereiche Röntgenstrahlung. Angesichts der gewaltigen Energiemengen, die beim Zerreißen eines Sterns freiwerden, ist dies erstaunlich – und auch die Astronomen haben bisher dafür keine eindeutige Erklärung. Eine Vermutung wäre, dass der Hauptteil der Röntgenstrahlung in einem Jet gebündelt ist, der von uns weg zeigt und daher kaum sichtbar.

Ungewöhnlich auch: Kurz nach Beginn des Ereignisses sank die Temperatur plötzlich für einige Tage um fast die Hälfte ab – von rund 40.000 Grad auf nur noch 20.000 Grad. Erst danach stabilisierte sich die Temperatur wieder und die Helligkeit stieg ab dann gleichmäßig bis zum Höhepunkt an. Auch das haben man zuvor noch nie bei einem Tidal Disruption Event gesehen, sagt Holoien.

Neue Ära der Beobachtungen

Für die Astronomen ist der Sternentod ASASSN-19bt damit schon jetzt ein wegweisender Durchbruch in der Erforschung des „Fressverhaltens“ supermassereicher Schwarzer Löcher. „ASASSN-19bt ist ein Aushängeschild für eine neue Ära von Studien früher Tidal Disruption Events“, konstatieren die Forscher.

Vallely ergänzt: „Lange dachte man, dass alle Ereignisse dieser Art gleich sind. Aber es zeigt sich nun, dass Astronomen einfach nur detailliertere Beobachtungen brauchten. Wir haben noch unglaublich viel über diese Ereignisse zu lernen.“ (The Astrophysical Journal, 2019; doi: 10.3847/1538-4357/ab3c66)

Quelle: Carnegie Institution for Science, NASA, Ohio State University

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