Im Umfeld des Schwarzen Lochs im Milchstraßenzentrum herrschen extreme Bedingungen – enorme Gezeitenkräfte, Turbulenzen und starke Strahlung. Gängiger Annahme nach können deshalb dort keine neuen Sterne entstehen. Doch jetzt haben Astronomen mitten in diesem vermeintlich “sterilen” Umfeld einen Protostern mitsamt zirkumstellarer Scheibe und Staubkokon entdeckt. Der Stern X3a ist rund 15 Sonnenmassen schwer und wenige 10.000 Jahre alt, wie die spektralen Beobachtungen nahelegen. Wie dieser Protostern weniger als ein Lichtjahr vom Schwarzen Loch Sagittarius A* entfernt entstehen konnte, ist bisher unklar. Die Astronomen vermuten, dass er möglicherweise erst nach dem Kollaps seiner Bildungswolke so nah ans Schwarze Loch geraten ist.

Die Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs Sagittarius A* im Zentrum unserer Galaxie ist alles andere als ruhig: Die gewaltige Masse des Schwarzen Lochs erzeugt enorme Gezeitenkräfte, die Materie in seiner Nähe zu zerreißen drohen. Dazu kommen energiereiche Röntgen- und UV-Strahlung, die Gas und Staub in der Umgebung stark aufheizen. Diese Bedingungen verhindern normalerweise, dass sich ein Stern bilden kann. Denn dies erfordert dichte Ansammlungen kalter molekularer Gase. Gängiger Annahme nach dürfte es daher im Umfeld von Sagittarius A* nur älter, ursprünglich woanders gebildete Sterne geben, die schon vor Milliarden Jahren durch Turbulenzen ins Galaxienzentrum gelangt sind. Doch entgegen dieser Annahme haben Astronomen bereits mehrfach Hinweise auf junge Sterne in der Nähe des zentralen Schwarzen Lochs gefunden. Das unerwartete Auftreten von sehr jungen Sternen in unmittelbarer Nähe des supermassiven Schwarzen Lochs wird als „Paradox der Jugend“ bezeichnet.

Jungstern verborgen im Staubkokon

Um diesem Paradoxon auf den Grund zu gehen, hat ein Forschungsteam um Florian Peißker von der Universität Köln mehrere auffallende Objekte im Milchstraßenzentrum mit mehreren Teleskopen und hochauflösenden Spektrometern näher untersucht. Eines davon ist X3, eine Ansammlung von drei heißen Klumpen unklarer Zusammensetzung, die nur ein Drittel Lichtjahr vom Schwarzen Loch entfernt sind. Einer dieser Klumpen erwies sich dabei als überraschender Fund, denn in dem Kokon aus heißem Staub und Gas verbarg sich ein junger, noch nicht voll ausgereifter Stern. „Es handelt sich um ein junges stellares Objekt mit einer umgebenden Scheibe, das in einem bugwellenförmigen Kokon aus Staub eingebettet ist“, berichten die Astronomen. Der im Zentrum dieses Systems liegende Jungstern ist rund 15-mal so schwer wie unsere Sonne. “Mit seiner großen Masse ist X3a ist ein Riese unter den Sternen und diese Riesen entwickeln sich sehr schnell zu einem reifen Stern. Wir hatten das Glück, den massereichen Stern inmitten der kometenförmigen zirkumstellaren Hülle zu entdecken”, sagt Co-Autor Michal Zajaček von der Masaryk-Universität in Brno.

Spektrale Analysen ergaben, dass es sich bei X3a um einen erst wenige 10.000 Jahre alten sogenannten Herbig-Ae/Be-Stern handelt. Diese Protosterne sind noch nicht dicht und schwer genug, um die Wasserstoff-Fusion zu zünden und beziehen ihre Energie aus dem Einfallen großer Mengen von Materie. Obwohl X3a nicht einmal ein Lichtjahr vom Schwarzen Loch entfernt liegt, hat dieser Jungstern es geschafft, seine zirkumstellare Scheibe und den Staubkokon weitgehend festzuhalten. Die Astronomen führen dies auf die große Masse des Jungsterns zurück: „Die große Masse von X3a schützt die innere Region des Systems, obwohl wir den Schwerkraft-Fußabdruck von Sagittarius A* in nur 0,32 Lichtjahren Entfernung verortet haben“, erklären sie.

Wie ist X3a entstanden?

Dennoch dürfte es X3a so nahe am supermassiven schwarzen Loch eigentlich nicht geben. Denn auch wenn der Jungstern jetzt genügend Masse besitzt, um nicht wieder sofort zerrissen zu werden, bleibt die Frage, wie er so nah am Schwarzen Loch entstehen konnte. Bisher können die Astronomen darüber nur spekulieren. Eine mögliche Erklärung wäre, dass eine kalte molekulare Gaswolke ins galaktische Zentrum gestürzt ist und dadurch Rohmaterial für die Sternbildung lieferte. Eine andere wäre, dass sich der Stern in einer Staubwolke gebildet hat, die das gigantische Schwarze Loch in etwas größerer Entfernung umkreist und erst danach auf seine jetzige Umlaufbahn gesunken ist. „In einer Entfernung von nur einigen Lichtjahren vom Schwarzen Loch gibt es eine Region, welche die Bedingungen für Sternentstehung erfüllt“, erklärt Peißker. „Dieser Ring aus Gas und Staub ist hinreichend kalt und gegen zerstörerische Strahlung abgeschirmt.“

Die Wissenschaftler gehen daher von folgendem Szenario aus: Abgeschirmt vom Einfluss der Schwerkraft des Schwarzen Lochs und seiner intensiven Strahlung könnte sich dieser Zone aus Gas und Staub eine ausreichend dichte Gaswolke gebildet haben. Diese Wolke hatte eine Masse von etwa hundert Sonnen und kollabierte unter ihrer eigenen Schwerkraft zu einem oder mehreren Protosternen. „Diese sogenannte Fallzeit entspricht ungefähr dem Alter von X3a. Daher gehen wir davon aus, dass der Prozess die Geburt von X3a war“, sagt Peißker. Erst danach stürzte X3a in seine heutige Position. Da ähnliche Staub- und Gasringe auch in anderen Galaxien zu finden sind, könnte dieser Mechanismus auch dort funktionieren und zur Sternbildung im Umfeld der zentralen Schwarzen Löcher beitragen. Geplante Beobachtungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA oder dem Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile könnten künftig zeigen, ob dieses Sternentstehungsmodell für unsere und andere Galaxien möglich ist.

Quelle: Florian Peißker (Universität Köln) et al., The Astrophysical Journal, doi: 10.3847/1538-4357/aca977

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar