Schließlich stammt das mysteriöse „Geisterteilchen“ nicht aus der Mahlzeit eines Schwarzen Lochs

Laut einer neuen Studie erfordert ein hochenergetisches Neutrino, das mit einer katastrophalen Kollision zwischen einem Schwarzen Loch und einem Stern in Verbindung gebracht wird, eine eigene Entstehungsgeschichte.

Die Begegnung mit der Bezeichnung AT2019dsg erwies sich als eher konventionell, zumindest in Bezug auf ein Schwarzes Loch, das einen Stern zerreißt. Dies ergab eine Untersuchung der Radiowellen, die bei dem Ereignis freigesetzt wurden. Dass die Explosion nicht energiereich genug war, um das Neutrino Monate später zu erzeugen – dass die Vorkommnisse einfach nur Zufall waren.

„Statt des brillanten Materialstrahls, der dafür nötig wäre, finden wir einen schwächeren Radioausfluss von Material“, sagt Kate Alexander, Astronomin an der Northwestern University. „Anstelle eines starken Feuerschlauchs haben wir eine sanfte Brise.“

Der Untergang eines Sterns durch ein Schwarzes Loch ist keine saubere Angelegenheit. Wenn sich ein irrender Stern einem Schwarzen Loch so weit nähert, dass er von dessen Schwerkraft erfasst wird, wird der Stern durch die enorme Gezeitenkraft des Schwarzen Lochs – das Ergebnis seines Gravitationsfeldes – belastet und schließlich so stark gezogen, dass er auseinander gerissen wird.

Dieser Vorgang wird als Gezeitenstörung (TDE) bezeichnet. Die Hälfte des Materials des zerstörten Sterns wirbelt in einer Scheibe um das Schwarze Loch herum und erzeugt dabei enorme Hitze und Licht, bevor es unaufhaltsam über den Ereignishorizont hinausgezogen wird und ein grelles Lichtfeuer freigibt. Die andere Hälfte der Trümmer wird in eine Umlaufbahn geschickt.

AT2019dsg, eine 750 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie, war genau so ein Ereignis, das erst am 9. April 2019 entdeckt wurde. Ein supermassives Schwarzes Loch, das 30 Millionen Mal so groß ist wie die Sonne, erlebt laut Röntgen- und Radiomessungen eine TDE. Etwa sechs Monate später, am 1. Oktober 2019, wurde am IceCube-Neutrino-Detektor in der Antarktis ein Neutrino namens IC191001A mit einer Energie von über 200 Teraelektronenvolt entdeckt.

Neutrinos werden als „Geisterteilchen“ bezeichnet, weil ihre Masse nahezu null ist, sie sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit fortbewegen und nicht mit gewöhnlicher Materie wechselwirken; für ein Neutrino scheint das Universum praktisch nicht greifbar zu sein. Gelegentlich treten sie jedoch in Wechselwirkung, und so funktioniert IceCube. Wenn ein Neutrino mit antarktischem Eis zusammenstößt, kann ein Lichtblitz entstehen. Mit Detektoren, die tief unter dem Eis vergraben sind, fallen diese Lichtblitze viel stärker auf.

Anhand von Merkmalen wie der Lichtausbreitung und der Helligkeit des Lichts können die Wissenschaftler das Energieniveau des Neutrinos und die Richtung, aus der es kam, bestimmen. Die Wissenschaftler stellten fest, dass es nur eine Wahrscheinlichkeit von 0,2 Prozent gab, dass das Neutrino und TDE nicht miteinander verbunden waren, da IC191001A aus derselben Richtung wie AT2019dsg kam.

Dies warf jedoch einige ernsthafte Bedenken auf

„Wenn dieses Neutrino von AT2019dsg kam, warum haben wir dann keine Neutrinos gesehen, die mit Supernovae in dieser Entfernung oder näher verbunden sind?“ Yvette Cendes vom Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, eine Astronomin, erklärte.

„Sie sind viel zahlreicher, und ihre Energiegeschwindigkeiten sind die gleichen.“

Das Studienteam unter der Leitung von Cendes beobachtete AT2019dsg über 500 Tage lang im Radiowellenbereich mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array in Chile. Sie entdeckten, dass die TDE bei Radiowellenlängen etwa 200 Tage lang aufleuchtete, bevor sie ihren Höhepunkt erreichte und dann abnahm.

Sie schätzten auch die gesamte Energiemenge des TDE-Ausflusses: Sie entsprach fast der gesamten Energieabgabe der Sonne über 30 Millionen Jahre. Dies ist ganz typisch für TDEs sowie für Supernovae vom Typ Ib und Ic.

Die Energie des Ausflusses hätte 1.000 Mal größer sein müssen, um ein so energiereiches Neutrino wie IC191001A zu erzeugen.

Außerdem hätte er eine besondere Geometrie haben müssen, die der Ausfluss von AT2019dsg nicht hatte. Schließlich ist AT2019dsg ein recht typisches Gerät. Da IC191001A ungewöhnlich ist, könnte eine neue Erklärung erforderlich sein.

Aber es gibt immer noch eine Menge, was wir über Neutrinos und TDEs im Allgemeinen nicht wissen. Daher wird AT2019dsg auch weiterhin von Interesse sein.

Cendes fügte hinzu: „Wir werden wahrscheinlich noch einmal nach diesem Loch sehen“. „Dieses spezielle Schwarze Loch frisst weiter.“