Wissenschaftler der Universität von Hawaii haben die dramatische Geschichte eines fernen roten Riesensterns rekonstruiert, indem sie feine Veränderungen in dessen Helligkeit untersucht haben. Kleine Schwankungen in der Helligkeit deuten darauf hin, dass der Stern möglicherweise in der Vergangenheit mit einem anderen Stern kollidiert und sich mit diesem vereinigt hat. Dieses turbulente Ereignis hat vermutlich dazu geführt, dass der Stern viel schneller rotiert als üblich. Heute umkreist dieser ungewöhnliche Stern ein ruhiges schwarzes Loch in einem System, das als Gaia BH2 bekannt ist.

Unter Nutzung von Beobachtungen des NASA-Satelliten für die Untersuchung transiting Exoplaneten (TESS – Transiting Exoplanet Survey Satellite), hat das Team schwache Vibrationen aufgezeichnet, die als Stellar Zittern bekannt sind und durch den roten Riesen hindurch wandern. Dieser Riese ist der Begleitstern des schwarzen Lochs. Das schwarze Loch Gaia BH2 wurde erstmals 2023 durch die Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation identifiziert. Genau wie Erdbeben dazu beitragen, das Innere der Erde zu untersuchen, ermöglichen diese stellar Vibrationen Astronomen, tief in den Stern hinein zu blicken und die Eigenschaften seines Kerns präzise zu messen.

Überraschende Ergebnisse aus der chemischen Zusammensetzung

Eines der überraschendsten Ergebnisse ergibt sich aus der chemischen Zusammensetzung des Sterns. Der rote Riese ist als „alpha-reich“ beschrieben, was bedeutet, dass er große Mengen schwerer Elemente enthält, die typischerweise in sehr alten Sternen vorkommen. Nur aufgrund seiner chemischen Zusammensetzung scheint der Stern alt zu sein. Die Analyse seiner inneren Vibrationen jedoch enthüllt eine andere Geschichte. Der Stern ist tatsächlich etwa 5 Milliarden Jahre alt, was ihn viel jünger macht, als seine chemische Zusammensetzung vermuten lässt. Dieses Missverhältnis stellt ein Rätsel für Astronomen dar, die versuchen zu verstehen, wie der Stern entstanden ist.

Die Rotation des Sterns

Zusätzliche Hinweise kommen von langfristigen Beobachtungen mit bodengestützten Teleskopen. Diese Beobachtungen zeigen, dass der Stern alle 398 Tage eine vollständige Umdrehung vollzieht, was für einen roten Riesen in diesem Alter, der sich autonom entwickelt hat, ungewöhnlich schnell ist. „Wenn diese Rotation real ist, kann sie nicht nur durch die Drehung des Sterns bei seiner Geburt erklärt werden“, erklärt der Mitautor Joel Ong, ein Mitarbeiter der NASA Hubble am IfA. „Der Stern muss gezwungen worden sein, sich zusammen mit seinem Begleiter durch Gezeitenkräfte zu drehen, was die Idee unterstützt, dass dieses System eine komplexe Geschichte hat.“

Vergleich mit anderen Systemen

Die Forscher untersuchten auch Gaia BH3, ein weiteres System von schwarzen Löchern mit einem sogar noch ungewöhnlicheren Begleitstern. Vorhandene Modelle sagen voraus, dass dieser Stern starke Vibrationen zeigen sollte, jedoch wurden diese nicht beobachtet. Dieses unerwartete Ergebnis deutet darauf hin, dass die gegenwärtigen Theorien über Sterne mit extrem niedrigem Metallgehalt möglicherweise einer Neubewertung bedürfen.

Sowohl Gaia BH2 als auch Gaia BH3 gehören zur Klasse der schlafenden Galaxien mit schwarzen Löchern. Diese schwarzen Löcher akkumulieren aktiv kein Material von ihren Begleitsternen, was bedeutet, dass sie keine Röntgenstrahlen emittieren. Astronomen haben sie nicht durch ihre Emissionen entdeckt, sondern indem sie die Bewegungen nahegelegener Sterne genau beobachteten. Diese Entdeckungen verändern die Art und Weise, wie Wissenschaftler nach schwarzen Löchern in der Milchstraße suchen und sie studieren.