🌟 Rätselhaft: Dieser Stern ist im Paar mit einem Schwarzen Loch gleichzeitig jung und alt

Ein besonderes himmlisches Paar wurde in etwa 3.800 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Zentaur identifiziert. Das als Gaia BH2 bezeichnete System vereint einen Roten Riesen, der sich schnell um seine eigene Achse dreht, mit einem unsichtbaren Begleiter: einem Schwarzen Loch. Das Paar wurde erstmals 2023 vom Gaia-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation entdeckt, der sich auf die Kartierung von Sternen spezialisiert hat. Um diese Entdeckung zu vertiefen, wandte sich ein Team dem TESS-Satelliten der NASA zu, der ursprünglich für die Jagd nach Exoplaneten konzipiert wurde.

Das Hauptwerkzeug dieser Untersuchung war die Studie von Sternbeben, Schwingungen, die die Oberfläche der Sterne aufwühlen. Ähnlich wie Seismologen, die das Innere der Erde mithilfe seismischer Wellen untersuchen, nutzen Astrophysiker diese Vibrationen, um die inneren Schichten von Sternen zu sondieren (siehe Erklärung am Ende des Artikels). Der Leiter des Teams, Daniel Hey vom Institut für Astronomie der Universität Hawaii, erklärte, dass diese stellaren Oszillationen es ermöglichen, die interne Struktur ferner Sterne zu verstehen.


Die Analyse der Zusammensetzung des Roten Riesen brachte eine erste Überraschung. Der Stern erscheint angereichert mit schweren Elementen, ein typisches Merkmal sehr alter Sterne. Dennoch beträgt sein aus den Pulsationen abgeleitetes Alter nur etwa 5 Milliarden Jahre. Zum Vergleich: Unsere Sonne, die 4,6 Milliarden Jahre alt ist, wird erst in 5 Milliarden Jahren in ihre Phase als Roter Riese eintreten. Diese Kombination von Jugend und alter Chemie ist ungewöhnlich und stellt ein Rätsel dar (weitere Details unten).

Eine weitere Besonderheit fasziniert die Forscher: die Rotationsgeschwindigkeit des Sterns. Bodenbeobachtungen zeigten, dass er sich in 398 Erdentagen einmal vollständig um seine eigene Achse dreht, ein deutlich schnelleres Tempo als bei einsamen Roten Riesen gleichen Alters. Diese schnelle Rotation kann nicht durch die ursprüngliche Rotationsgeschwindigkeit des Sterns bei seiner Geburt erklärt werden. Sie könnte das Ergebnis vergangener Wechselwirkungen sein, wie einer Verschmelzung mit einem anderen Stern oder einer Phase des Massenaustauschs mit dem massereichen Stern, der das Schwarze Loch erzeugt hat.

Die Studie untersuchte auch ein weiteres System, Gaia BH3, das nur 2.000 Lichtjahre entfernt liegt. Der Begleitstern dieses Schwarzen Lochs ist arm an schweren Elementen, zeigt aber entgegen den Erwartungen nicht die bei dieser Art von Stern üblicherweise beobachteten stellaren Oszillationen. Die gemeinsame Beobachtung der Bewegungen in Gaia BH2 und Gaia BH3 könnte neue Einblicke in die Dynamik von Doppelsternsystemen liefern, die stille Schwarze Löcher beherbergen.

Die Wissenschaftler planen, Gaia BH2 weiterhin mit dem Gaia-Satelliten zu überwachen. Das Ziel ist es, seine Sternbeben genauer einzufangen, was eine endgültige Bestätigung für eine vergangene Sternverschmelzung liefern könnte. Diese Arbeit öffnet ein neues Fenster zur bewegten Geschichte einiger Sterne, die mit kompakten Objekten im Paar sind.

Die stellare Seismologie, ein Fenster zum Herzen der Sterne

Sternbeben oder stellare Oszillationen sind leichte periodische Schwingungen, die die Oberfläche von Sternen aufwühlen. Sie werden durch Druck- und Gravitationswellen verursacht, die sich im Inneren des Sterns ausbreiten, ähnlich wie sich Schall in der Luft bewegt. Durch die Messung der Frequenz und Amplitude dieser Oszillationen können Astronomen interne Eigenschaften wie Dichte, Temperatur und chemische Zusammensetzung ableiten.

Diese Technik, Asteroseismologie genannt, funktioniert nach einem ähnlichen Prinzip wie die irdische Seismologie. Die verschiedenen Schwingungsmoden reagieren auf strukturelle Veränderungen im Inneren des Himmelskörpers. Durch die Analyse dieser Signatur kann das Alter eines Sterns, seine Größe und sogar sein Entwicklungsstadium bestimmt werden – Informationen, die durch die bloße Beobachtung seines Lichts nicht zu erhalten sind.

Für die Untersuchung von Systemen wie Gaia BH2 ist die Asteroseismologie besonders wertvoll. Sie ermöglicht es, den Roten Riesen trotz der störenden Präsenz eines Schwarzen Lochs als Begleiter zu sondieren. Die von TESS gesammelten Daten bieten einen direkten Einblick in die Prozesse, die den Stern im Laufe seines Lebens beeinflusst haben, einschließlich gewalttätiger Ereignisse wie Verschmelzungen.

Diese Methode hat unser Verständnis der Sternstruktur tiefgreifend verändert und findet Anwendung bei vielen Arten von Sternen, von Roten Zwergen bis zu Riesen. Sie ergänzt andere Beobachtungstechniken perfekt und bleibt ein wichtiges Werkzeug, um die Entwicklung exotischer Doppelsternsysteme zu beleuchten.

Junge Sterne, reich an schweren Elementen, ein kosmisches Rätsel

Im Standardmodell der Sternentwicklung ist die Menge an schweren Elementen, die Astronomen "Metalle" nennen, in einem Stern normalerweise mit seinem Alter verbunden.

Ein junger, aber metallreicher Stern wie der Rote Riese von Gaia BH2 stellt daher eine Anomalie dar. Seine Chemie erinnert an einen alten Stern, während seine Pulsationen auf eine relative Jugend hindeuten. Diese Diskrepanz deutet stark darauf hin, dass der Stern keine einsame und ruhige Entwicklung durchlaufen hat.

Die wahrscheinlichste Lösung beinhaltet einen Massentransfer oder eine Verschmelzung mit einem anderen Stern. Der Stern könnte eine große Menge an Materie, die reich an schweren Elementen ist, von einem Begleiter aufgenommen und deren Zusammensetzungen vermischt haben.