Hawking-Sterne: Wenn Schwarze Löcher Sterne von innen verschlingen

Die Zeit unmittelbar nach dem Urknall ist nach wie vor von Geheimnissen umgeben, die die moderne Kosmologie noch immer zu entschlüsseln versucht. Einerseits entwickeln Kosmologen Hypothesen über die Eigenschaften des frühen Universums und die Objekte, die es möglicherweise bevölkert haben. Andererseits suchen Beobachtungsastronomen ständig nach Belegen, die diese Vorstellungen bestätigen könnten.

Zu den mysteriösen Objekten, die im frühen Universum möglicherweise existiert haben, gehören Ur-Schwarze Löcher. Die moderne Kosmologie geht von ihrer Existenz aus, doch bisher wurden noch keine Beobachtungsbelege dafür gefunden. Was genau müssten Astronomen beobachten, um ihre Existenz zu bestätigen?

Wieder einmal liegt die Frage bei den Theoretikern, die versuchen, sich Szenarien mit Ur-Schwarzen Löchern vorzustellen, die beobachtbare Beweise liefern könnten.

Hawking-Sterne: Wie ein Stern ein urzeitliches Schwarzes Loch einfangen könnte

Der renommierte britische Kosmologe und theoretische Physiker Stephen Hawking schlug ein mögliches Szenario vor, das dazu beitragen könnte, die Existenz von Ur-Schwarzen Löchern zu bestätigen.

In diesem Szenario geht es um einen „Hawking-Stern“, also einen Stern, der von einem primordialen Schwarzen Loch durchdrungen ist; würde man einen solchen Stern beobachten, könnte dies die Existenz solcher Objekte bestätigen.

Eine aktuelle Studie eines internationalen Teams unter der Leitung von Ore Gottlieb vom Fachbereich Physik des Massachusetts Institute of Technology befasste sich mit der möglichen Entstehung eines Hawking-Sterns und dessen möglicher Entwicklung und nannte dabei mehrere beobachtbare Anzeichen, die auf die Existenz von Ur-Schwarzen Löchern hindeuten könnten.

Ein Stern, der von innen heraus verzehrt wird: Das Schicksal der Hawking-Sterne

Diese Objekte dürften kurz nach dem Urknall durch einen Prozess entstanden sein, der sich stark von dem unterscheidet, durch den stellare Schwarze Löcher entstehen. Stellare Schwarze Löcher entstehen, nachdem sehr massereiche Sterne als Supernovae explodieren, was das Endstadium ihrer Entwicklung markiert.

Im Gegensatz dazu könnten sich Ur-Schwarze Löcher durch den Kollaps von dunkler Materie gebildet haben und anfangs eine Masse gehabt haben, die weitaus geringer war als die der Sonne, vielleicht sogar vergleichbar mit der eines Asteroiden.

Gottlieb und seine Kollegen konzentrierten sich auf primordiale Schwarze Löcher mit geringer Masse.

Würde ein Ur-Schwarzes Loch einen Stern durchqueren, hätte diese Begegnung höchstwahrscheinlich weder für den Stern noch für das Schwarze Loch irgendwelche Folgen.

Hätte der Stern jedoch einen Begleiter – sei es einen Planeten oder einen anderen Stern –, könnte das Schwarze Loch vom Gravitationsfeld des Doppelsternsystems eingefangen werden und wiederholt denselben Stern durchqueren.

Bei jedem Durchgang würde das Schwarze Loch durch Reibung mit dem Sternengas kinetische Energie verlieren. Seine Umlaufbahn würde sich allmählich verengen, bis es schließlich in Richtung des Sternzentrums absinken und diesen in einen Hawking-Stern verwandeln würde.

Warum diese Sterne Aufschluss über die Natur der Dunklen Materie geben könnten

Es gibt zwei mögliche Szenarien für den Stern, nachdem er das Ur-Schwarze Loch eingefangen hat.

Im ersten Szenario wächst das Schwarze Loch langsam, indem es das Gas des Sterns von innen her verschlingt. Im Laufe der Zeit würde es den Stern vollständig verschlingen, sodass ein Schwarzes Loch mit einer Masse zurückbleibt, die kleiner ist als die der Sonne.

Da die Gesetze der Physik besagen, dass stellare Schwarze Löcher eine Masse haben müssen, die größer ist als die der Sonne, würde die Entdeckung eines Schwarzen Lochs mit einer Masse unterhalb der Sonnenmasse bestätigen, dass sich Schwarze Löcher durch einen unkonventionellen Prozess, wie beispielsweise den Kollaps von dunkler Materie, bilden können.

Das zweite Szenario ist gewaltsamer. Im Inneren des Sterns könnte das Schwarze Loch eine eigene Akkretionsscheibe bilden. Seine Rotation könnte in Verbindung mit der Freisetzung relativistischer Jets den Stern auseinanderreißen, bevor er ihn vollständig verschlingt. Die schnelle und gewaltsame Zerstörung eines Hawking-Sterns könnte einen etwa einen Tag andauernden ultravioletten oder blauen Blitz erzeugen, gefolgt von Radiostrahlung sowie einem kurzen Röntgenausbruch oder einem schwachen Gammastrahlenausbruch. Diese extremen Signale könnten von weltraumgestützten Observatorien erfasst werden und sind genau die Art von Anzeichen, nach denen Beobachtungsastronomen suchen.

Derzeit sind Hawking-Sterne noch theoretische Objekte, die bislang noch nicht direkt beobachtet wurden. Ihre Erforschung eröffnet jedoch neue Wege bei der Suche nach Spuren von Ur-Schwarzen Löchern. Sollte jemals ein Stern identifiziert werden, der von einem dieser Objekte von innen heraus verschlungen wird, wäre dies ein außergewöhnlicher Beweis für Prozesse, die in den frühesten Augenblicken des Universums ihren Anfang nahmen.