Machen wir ein wissenschaftliches Experiment: Wenn wir davon ausgehen, dass nach dem Urknall eine große Anzahl sehr kleiner Schwarzer Löcher (sogenannte primordiale Schwarze Löcher) entstanden sind, dann könnten einige dieser Schwarzen Löcher bei der Entstehung neuer Sterne gefangen sein. Welche Auswirkungen hätte dies auf die Lebensdauer eines Sterns?

In einem hypothetischen Szenario könnten kleine urzeitliche Schwarze Löcher von neu gebildeten Sternen eingefangen werden. Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Forschern des Max-Planck-Instituts für Astrophysik hat nun die Entwicklung dieser sogenannten „Hawking-Sterne“ modelliert und herausgefunden, dass sie überraschend langlebig sein können und in vielerlei Hinsicht gewöhnlichen Sternen ähneln. Asteroidometrie kann dabei helfen, solche Sterne zu identifizieren und so die Existenz ursprünglicher Schwarzer Löcher und ihre Rolle als Bestandteile der Dunklen Materie zu testen.

Selmade Mink, Direktorin der Stellar-Abteilung am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA), sagte: „Wissenschaftler stellen manchmal verrückte Fragen, um mehr zu erfahren. Wir wissen nicht einmal, ob solche ursprünglichen Schwarzen Löcher existieren, aber wir können trotzdem ein interessantes Gedankenexperiment durchführen.“

Ursprüngliche Schwarze Löcher sollten sich im frühen Universum gebildet haben, deren Massen von der Größe eines Asteroiden bis hin zu Tausenden von Sonnenmassen reichten. Sie könnten ein wichtiger Bestandteil der Dunklen Materie sein oder die Keime der supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren heutiger Galaxien.

Ein Bild eines kleinen Schwarzen Lochs, das in einem Gedankenexperiment im Zentrum der Sonne platziert wurde. Bildnachweis: ©MPA, Hintergrundbild: Wikimedia/Creative Commons.

Mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit könnte ein neu gebildeter Stern ein Schwarzes Loch mit der Masse eines Asteroiden oder Mondmondes einfangen, das dann das Zentrum des Sterns einnehmen würde. Solche Sterne werden „Hawking-Sterne“ genannt, benannt nach Stephen Hawking, der die Idee erstmals in einer Veröffentlichung in den 1970er Jahren vorschlug. Ein Schwarzes Loch im Zentrum eines solchen Hawking-Sterns würde nur langsam wachsen, da die ausströmende Leuchtkraft den Zufluss von Gas blockiert, das das Schwarze Loch antreibt.

Nun hat ein internationales Wissenschaftlerteam die Entwicklung eines solchen Sterns simuliert, indem es unterschiedliche Anfangsmassen des Schwarzen Lochs und verschiedene Akkretionsmodelle im Zentrum des Sterns nutzte. Sie kamen zu einem überraschenden Ergebnis: Wenn das Schwarze Loch weniger massereich ist, ist der Stern im Wesentlichen nicht von einem gewöhnlichen Stern zu unterscheiden.

Earl Patrick Bellinger, MPA-Postdoktorand, der die Studie leitete und jetzt Assistenzprofessor an der Yale University ist, sagte: „Sterne mit Schwarzen Löchern in ihrem Zentrum haben eine überraschend lange Lebensdauer. Es könnte sogar ein Schwarzes Loch so groß wie Merkur im Zentrum unserer Sonne geben, und wir sind uns dessen nicht bewusst.“

Diese beiden Bilder zeigen die radiale Entwicklung eines Sterns mit einer sonnenähnlichen Masse ohne (links) und mit (rechts) einem Schwarzen Loch mit einer Anfangsmasse ähnlich der eines Asteroiden. Die durchgezogene schwarze Linie stellt den Photosphärenradius dar und die vertikale gestrichelte Linie stellt das aktuelle Alter der Sonne dar. Der rote Bereich zeigt, wo Wasserstoff bei der Kernfusion in Helium umgewandelt wird, das den größten Teil der Leuchtkraft der Sonne liefert, bevor das Schwarze Loch deutlich zu wachsen beginnt (schwarzer Bereich; bei niedrigerem Alter ist das Schwarze Loch zu klein, um auf diesem Bild gesehen zu werden). Schwarze Löcher treiben Konvektionsströme an, die das Innerste von Sternen vermischen. Beachten Sie die unterschiedlichen Maßstäbe der y-Achse.

Der Hauptunterschied zwischen solchen Hawking-Sternen und gewöhnlichen Sternen besteht darin, dass der Kern in der Nähe des Kerns aufgrund der Akkretion des Schwarzen Lochs konvektiv wird. Es verändert die Eigenschaften der Sternoberfläche nicht und kann den aktuellen Erkennungsmöglichkeiten nicht entgehen. Es kann jedoch mithilfe des relativ neuen Gebiets der Asteroseismologie nachgewiesen werden, bei dem Astronomen akustische Schwingungen verwenden, um das Innere von Sternen zu untersuchen.

Darüber hinaus können Schwarze Löcher in den späteren Stadien der Sternentwicklung, dem sogenannten Roten-Riesen-Stadium, charakteristische Signale erzeugen. Mit der Entwicklung von Projekten wie PLATO könnten solche Objekte entdeckt werden. Es sind jedoch weitere Simulationen erforderlich, um die Auswirkungen der Platzierung eines Schwarzen Lochs in Sternen unterschiedlicher Masse und Metallizität zu bestimmen.

„Wenn tatsächlich urzeitliche Schwarze Löcher kurz nach dem Urknall entstanden sind, dann könnte die Suche nach Hawking-Sternen eine Möglichkeit sein, sie zu finden.“ Professor Matt Caplan von der Illinois State University, Mitautor der Studie, betonte: „Obwohl die Sonne für die Praxis genutzt wird, haben wir guten Grund zu der Annahme, dass Hawking-Sterne häufig in Kugelsternhaufen und extrem schwachen Zwerggalaxien vorkommen. Das bedeutet, dass Hawking-Sterne ein Werkzeug sein können, um zu testen, ob urzeitliche Schwarze Löcher existieren und welche mögliche Rolle sie als Dunkle Materie spielen.“

Zusammengestellte Quelle: ScitechDaily