Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Privatdozent Dr. Florian Peißker hat erstmals einen Doppelstern in direkter Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs Sagittarus A* im Zentrum unserer Galaxie gefunden. Obwohl bekannt ist, dass die meisten Sterne im Universum sich nicht allein bilden, gibt es bisher nur fünf bestätigte Doppelsterne in größerer Entfernung des Schwarzen Loch. Keines der Systeme liegt in so unmittelbarer Nachbarschaft. Die Forscher*innen gehen davon aus, dass das gefundene Doppelsternsystem mit dem Namen D9 in naher Zukunft zu einem einzelnen Stern verschmelzen wird. Der Fund wurde in Nature Communications unter dem Titel „A binary system in the S cluster close to the supermassive black hole Sagittarius A*“ veröffentlicht. Die Arbeit trägt dazu bei, das Zentrum unserer Galaxie und die Bedingungen rund um das supermassive Schwarze Loch besser zu verstehen.

Seit ungefähr dreißig Jahren ist es möglich, einzelne Sterne in der Nähe des Schwarzen Lochs durch Infrarotteleskopie zu beobachten. Die Beobachtungen waren bislang mit einem Fragezeichen versehen. Der Zentralbereich um das supermassive Schwarze Loch Sgr A* beinhaltet Millionen von Sternen und unterteilt sich in verschiedene Unterbereiche. Eine besonders interessante Region dieser sogenannten “inneren parsec” ist der S-Sternhaufen, welcher Sgr A* beinhaltet. Aufgrund der hohen Sternendichte müsste es dort in der Theorie viele Doppelsterne geben. Tatsächlich befinden sich die fünf bekannten Doppelsterne aber in anderen weiter entfernten Bereichen, während in diesem Sternhaufen bislang keine nachgewiesen werden konnten. 

Forschende führten diesen Umstand auf die gravitativen Kräfte zurück. Denn die Sterne im S Sternhaufen bewegen sich zwar auf stabilen Bahnen um das Schwarze Loch, ähnlich wie die Erde um die Sonne. Allerdings sind die dortigen Bedingungen viel extremer, da Sgr A* vier Millionen Mal schwerer als unsere Sonne ist. Die Sterne erreichen daher teilweise Geschwindigkeiten von mehreren tausend Kilometern pro Sekunde – keine guten Bedingungen für die Entstehung von Doppelsternsystemen.

Die Forscher*innen haben D9 entdeckt, indem sie bei der Beobachtung bestimmter Staubquellen im S Sternenhaufen anders vorgegangen sind als bislang üblich. Normalerweise werden mehrere Einzelbeobachtungen eines Jahres übereinandergelegt und addiert, um das Signal der Objekte zu verstärken. „Niemand hat sich Einzelbeobachtungen der Staubquellen pro Nacht genau anzuschauen“, sagt PD Dr. Florian Peißker vom Institut für Astrophysik der Universität zu Köln. „Das war für unsere Studie der Knackpunkt: die Untersuchung und Analyse jeder einzelnen Nacht. Die Daten der Aufnahmen sind zwar verrauschter, aber immer noch gut genug. So konnten wir den Doppelstern identifizieren.“

Durch die Entdeckung von D9 eröffnet sich für die Forschung nun die Möglichkeit, die Prozesse einer Sternentstehung genauer zu untersuchen, da das System in den nächsten Jahrzehnten bis Jahrtausenden sehr wahrscheinlich verschmilzt und sich damit ein neuer, etwas schwererer Stern bildet. Dies würde ein weiteres Mysterium lösen. Denn die Sterne im S Sternhaufen,nahe dem supermassiven schwarzen Loch, sind jünger als es jede Sternenhaufentheorie vorhergesagt hat. Die Anwesenheit des Doppelsternsystems könnte daher neue Hinweise darüber liefern, wie sich die Sterne rund um das zentrale Schwarze Loch bilden. Denn die Forscher*innen der Publikation halten es für plausibel, dass sich einige der jungen Sterne aus Doppelsternsystemen formten, die zuvor aus der Umgebung des “inneren parsec” zum supermassiven Schwarzen Loch migriert sind. 

Mitautor Dr. Michael Zajaček von der Masaryk-Universität in Brünn, Tschechien sagt dazu: „Bisher war es ein Rätsel, wie sich so junge Sterne so nahe an Sgr A* bilden konnten, das im Prinzip jeden Gravitationskollaps verhindern sollte, der für die Sternentstehung notwendig ist. Die Entdeckung dieses Doppelsternsystems wird unser Wissen in dieser Richtung erheblich erweitern.” Dr. Emma Bordier, Mitautorin und Postdoc im Sonderforschungsbereich 1601 „Die kosmische Entwicklung der Lebensräume massereicher Sterne“ der Universität zu Köln, sagt: „Bei dieser Arbeit kamen verschiedene Generationen von Instrumenten des Very Large Telescope zum Einsatz. Die neuen Erkenntnisse zeigen eindrücklich, wie die Kombination von Archivdaten und neueren Beobachtungen sich gegenseitig ergänzen können, um innovative Studien zu ermöglichen und zu spannenden Entdeckungen zu führen.”
 

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Weitere Informationen / Zur Publikation:
https://www.nature.com/articles/s41467-024-54748-3