Wenn ein massereicher Stern in einer Supernova explodiert, kollabiert sein Kern ab einer bestimmten Masse zu einem Schwarzen Loch. Angesichts der großen Zahl von massereichen Sternen, die im Laufe der Zeit entstanden und wieder vergangen sind, müsste es demnach Millionen solcher stellaren Schwarzen Löcher allein in unserer Milchstraße geben. Einige von ihnen könnten sogar mit relativ hohem Tempo durch unsere Galaxie rasen, weil sie bei der Supernova einen asymmetrischen “Schubs” bekommen haben. Doch weil Schwarze Löcher jede Strahlung schlucken, bleiben sie dunkel und unsichtbar, sofern sie nicht mit anderen Himmelskörpern interagieren, beispielsweise indem sie einem Partnerstern Materie absaugen oder bei Kollisionen Gravitationswellen freisetzen. Astronomen war es daher bisher nicht gelungen, ein isoliertes, inaktives stellares Schwarzes Loch eindeutig nachzuweisen.
Gravitationslinsen-Effekt verrät unsichtbares Objekt
Jetzt könnte dies zwei Astronomenteams jedoch erstmals gelungen sein. Unabhängig voneinander hatten sie dieselben Daten des Hubble-Weltraumteleskops ausgewertet. Im Fokus standen dabei sogenannte Microlensing-Ereignisse – die Verzerrung und Verstärkung des Lichts eines fernen Sterns durch die Schwerkraft eines Vordergrundobjekts. Ein solcher Gravitationslinsen-Effekt kann im Prinzip durch ein beliebiges massereiches Objekt verursacht werden – vom Exoplaneten bis zur ganzen Galaxie. Ein stellares Schwarzes Loch verrät sich jedoch dadurch, dass es einen lokal begrenzten, aber mehr als 200 Tage lang anhaltenden Linseneffekt auslöst. Weil das Loch selbst kein Licht abgibt, wird dabei die Lichtfarbe des Hintergrundsterns nicht verändert – bei einem massereichen Stern als Linse würde sich das Licht beider hingegen mischen.
Für ihre Studie haben die beiden Teams – eines um Casey Lam von der University of California in Berkeley und eines um Kailash Sahu vom Space Telescope Science Institute in Baltimore – mehrere vom Hubble-Weltraumteleskop detektierte Microlensing-Ereignisse ausgewertet und dabei Dauer, Lichtspektrum und die scheinbare Verschiebung des Hintergrundsterns analysiert. Ein Ereignis fiel dabei beiden Teams auf, weil es alle Merkmale eines dunklen, frei im All flotierenden stellaren Schwarzen Lochs aufwies: Das Licht des rund 19.000 Lichtjahre entfernten Hintergrundsterns wurde mehr als 270 Tage lang verstärkt und verzerrt. Das dafür verantwortliche Vordergrundobjekt – die Gravitationslinse – ist nach Schätzungen von Lam und ihrem Team 2280 bis 6260 Lichtjahre entfernt, Sahu und seine Kollegen ermittelten einen etwas genaueren Wert von 5153 Lichtjahren.
Um herauszufinden, ob das Vordergrundobjekt genug Masse für ein Schwarzes Loch aufwies, mussten die Astronomen aufwendige astrometrische Messungen durchführen, die ihnen verrieten, wie stark das Vordergrundobjekt die scheinbare Position des Hintergrundsterns verschob. Dank der scharfen “Augen” des Hubble-Teleskops und mehreren Jahren der wiederholten Beobachtungen ermittelten sie für das Objekt mit dem sperrigen Doppelnamen MOA-2011-BLG-191 und OGLE-2011-BLG-0462 eine Verschiebung von rund einer Millibogensekunde. Daraus schließen Sahu und sein Team, dass das Objekt rund 7,1 Sonnenmassen schwer sein muss – und damit ein Schwarzes Loch.
