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Das Schicksal eines Schwarzen Lochs

Erstellt von: Dr. Rainer Kayser | | Forschung und neue Erkenntnisse

Das Schwarze Loch Cygnus X-1 wird nach der Explosion seines Sternenpartners zum Einzelgänger. Das zeigen Computersimulationen der zukünftigen Entwicklung des Himmelsobjekts durch ein Forschertrio aus Polen, Frankreich und den USA. Mit einer Wahrscheinlichkeit von über 70 Prozent wird der Überrest des Partnersterns, ein Neutronenstern, aus dem Doppelsystem herausgeschleudert, berichten die Wissenschaftler in ihren online veröffentlichten Ergebnissen. Die Forscher ziehen daraus den Schluss, dass es nur wenige Paare aus Schwarzen Löchern und Neutronensterne gibt, die Gravitationswellen aussenden. Es sei daher unwahrscheinlich, dass große Gravitationswellendetektoren wie LIGO und VIRGO solche Systeme entdecken.

Cygnus X-1 ist eine Quelle starker Röntgenstrahlung. Diese hochenergetische Strahlung stammt von Materie, die von einem hellen blauen Stern auf ein Schwarzes Loch fällt. Der blaue Stern besitzt heute die 19,2-fache Sonnenmasse, das Schwarze Loch enthält 14,8 Sonnenmassen. Die Simulationen von Krzysztof Belczynski von der Sternwarte Warschau und seinen Kollegen zeigen, dass im Verlauf der nächsten 2,6 Millionen Jahre noch drei Sonnenmassen vom blauen Stern zum Schwarzen Loch strömen. Durch den Massentransfer entfernen sich die beiden ungleichen Partner voneinander: Heute umrunden sie sich etwa im halben Abstand Sonne -Merkur, in 2,6 Millionen Jahren wird der Abstand etwas größer sein als die Entfernung Erde-Sonne.

Dieser große Abstand ist der Schlüssel zu den weiteren Ereignissen, betonen die Forscher. In 2,6 Millionen Jahren nämlich explodiert der blaue Stern als Supernova. Er stößt seine äußeren Schichten ins Weltall ab, während sein Inneres zu einem Neutronenstern kollabiert. Da diese Explosion nicht symmetrisch verläuft, bekommt der junge Neutronenstern einen gewaltigen Stoß, der ihn aus seiner Bahn wirft. Die Simulationen von Belczynski und seinen Kollegen zeigen, dass der Neutronenstern aufgrund seines großen Abstands vom Schwarzen Loch durch diesen Stoß mit großer Wahrscheinlichkeit das System vollständig verlässt. Lediglich mit einer Wahrscheinlichkeit von einem Prozent bildet sich ein enges System, bei dem sich Schwarzes Loch und Neutronenstern auf einer Spiralbahn annähern und schließlich zusammenstoßen.

Solche Ereignisse sind aber eine der großen Hoffnungen jener Forscher, die mit großen Detektoranlagen nach Gravitationswellen suchen. Diese von Albert Einstein vorhergesagten Schwingungen der Raumzeit entstehen stets, wenn große Massen rasant beschleunigt oder abgebremst werden - wie es bei kollidierenden Schwarzen Löchern und Neutronensternen der Fall ist.  Belczynski und seine Kollegen versetzen diesen Hoffnungen nun einen Dämpfer: Wenn das System Cygnus X-1 typisch ist, dann kommt es nur einmal in einer Milliarde Jahren zu einem solchen Zusammenstoß.

Quelle:  arxiv.org/abs/1107.4106