Ein unsichtbares Objekt mit 2,2 Sonnenmassen stellt Astronomen vor ein Rätsel. Vermutlich handelt es sich um einen besonders schweren Neutronenstern. Doch seine Umlaufbahn lässt sich mit den üblichen Modellen der Sternentwicklung kaum erklären. Selbst rund 300.000 Computersimulationen lieferten kein passendes Ergebnis.
300.000 Computersimulationen, kein einziger Treffer: Astronomen haben ein ungewöhnliches Doppelsternsystem entdeckt. Rund 4800 Lichtjahre von der Erde entfernt umkreist ein unsichtbares Objekt einen Roten Riesen. Seine geschätzte Masse beträgt das 2,2-Fache unserer Sonne.
Das allein wäre bemerkenswert. Denn Neutronensterne sind zwar extrem kompakt, erreichen aber nur selten eine solche Masse. Noch größere Probleme bereitet den Forschenden die Umlaufbahn des Systems J0008+0128. Sie ist ungewöhnlich weit und fast kreisförmig. Wie diese Konstellation entstanden ist, lässt sich mit den untersuchten Standardmodellen nicht erklären.
Ein internationales Forschungsteam um Xinlin Zhao von den National Astronomical Observatories der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Ein unsichtbarer Begleiter mit gewaltiger Masse
Entdeckt wurde das ungewöhnliche Objekt durch die Bewegung des sichtbaren Sterns. Dieser befindet sich in einer fortgeschrittenen Entwicklungsphase und hat sich bereits zu einem Roten Riesen entwickelt.
Sein unsichtbarer Begleiter zieht mit seiner Schwerkraft an ihm. Dadurch verändert sich die Bewegung des Roten Riesen regelmäßig. Solche Veränderungen können Astronomen messen, auch wenn sie den verursachenden Himmelskörper selbst nicht sehen.
Für ihre Untersuchung kombinierten die Wissenschaftler Daten der Beobachtungsprogramme LAMOST und APOGEE mit Messungen des europäischen Weltraumteleskops Gaia. Ergänzende Beobachtungen lieferte das Nordic Optical Telescope.
Aus den Daten bestimmten sie die wichtigsten Eigenschaften des Systems:
| Eigenschaft | Ergebnis |
| Entfernung zur Erde | rund 4800 Lichtjahre |
| Masse des sichtbaren Sterns | etwa 1,7 Sonnenmassen |
| Masse des unsichtbaren Begleiters | geschätzt 2,2 Sonnenmassen |
| Umlaufzeit | 1218 Tage, rund 3,3 Jahre |
| Umlaufbahn | nahezu kreisförmig |
| Exzentrizität | 0,09 |
Die beste Massenschätzung liegt bei 2,2 Sonnenmassen mit einer statistischen Unsicherheit von rund 0,14 Sonnenmassen. Andere Berechnungsansätze liefern Werte zwischen 1,8 und 2,8 Sonnenmassen. Einen gewöhnlichen Stern als Begleiter halten die Forschenden für unwahrscheinlich. Ein Stern dieser Masse müsste deutliche Spuren in den Lichtmessungen hinterlassen. Solche Hinweise fanden sie nicht.
Wie schwer kann ein Neutronenstern werden?
Die wahrscheinlichste Erklärung ist nach Einschätzung des Forschungsteams ein besonders schwerer Neutronenstern. Solche Objekte entstehen beim Kollaps massereicher Sterne. Ihre Materie wird dabei extrem stark verdichtet. Ein typischer Neutronenstern vereint etwa 1,4 Sonnenmassen in einer Kugel mit ungefähr 20 km Durchmesser.
Doch Neutronensterne können nicht beliebig schwer werden. Oberhalb einer bestimmten Massengrenze reicht der innere Druck nicht mehr aus, um der eigenen Schwerkraft standzuhalten. Der Stern kollabiert dann zu einem Schwarzen Loch.
Wo genau diese Grenze liegt, ist eine offene Frage der Astrophysik. Sie hängt davon ab, wie sich Materie unter den enormen Drücken im Inneren eines Neutronensterns verhält. Besonders interessant ist deshalb die sogenannte Massenlücke zwischen den schwersten Neutronensternen und den leichtesten Schwarzen Löchern. Traditionell wird sie ungefähr zwischen 2,5 und 5 Sonnenmassen eingeordnet.
Dass dort ungewöhnliche Objekte vorkommen, zeigten bereits frühere Beobachtungen. So berichtete ingenieur.de über ein Gravitationswellensignal, bei dem ein Schwarzes Loch mit einem Objekt von 2,6 Sonnenmassen verschmolz. Auch damals blieb unklar, ob es sich um einen Neutronenstern oder ein besonders leichtes Schwarzes Loch handelte.
Der neue Kandidat J0008+0128 könnte helfen, die obere Massengrenze von Neutronensternen besser einzugrenzen. Dafür müsste allerdings zunächst seine Identität bestätigt werden.
300.000 Simulationen können die Umlaufbahn nicht erklären
Die größte Überraschung ist nicht die Masse, sondern die Kombination aus Masse und Umlaufbahn. Neutronensterne entstehen häufig bei Supernova-Explosionen. Dabei verliert der Vorgängerstern Materie. Außerdem kann der entstehende Neutronenstern durch eine asymmetrische Explosion einen kräftigen Geschwindigkeitsstoß erhalten.
Beides beeinflusst die Umlaufbahn eines Begleitsterns. Häufig entstehen dabei deutlich elliptische Bahnen. Bei J0008+0128 ist die Umlaufbahn dagegen nahezu kreisförmig. Gleichzeitig benötigen die beiden Objekte mehr als drei Jahre für einen Umlauf.
Die Astronomen untersuchten deshalb mit dem Simulationsprogramm POSYDON, ob eine solche Konstellation durch die normale Entwicklung eines Doppelsternsystems entstehen kann. Das Ergebnis fiel eindeutig aus: Unter rund 300.000 simulierten Systemen fanden sie keines, das eine vergleichbare Kombination aus Sternmassen, Umlaufzeit und Bahnform erreichte.
Die Forschenden schreiben in ihrer Studie in Science Advances (aus dem Englischen übersetzt): „Die weite Umlaufbahn mit geringer Exzentrizität lässt sich durch die üblichen Entwicklungswege von Doppelsternsystemen nur schwer erklären.“
Eine mögliche Erklärung wäre, dass der Neutronenstern bereits bei seiner Entstehung ungewöhnlich massereich war und die Supernova ihm nur einen geringen Geschwindigkeitsstoß verlieh. Dafür wären allerdings besondere Bedingungen erforderlich.
Bei vielen anderen schweren Neutronensternen wird vermutet, dass sie später Materie von einem Begleitstern aufgenommen haben. Für einen solchen Massentransfer fanden die Astronomen bei J0008+0128 keine Hinweise.
Auch Radioteleskope finden keine Spur
Die Forscher versuchten außerdem, den unsichtbaren Begleiter direkt über seine Strahlung aufzuspüren. Dazu nutzten sie unter anderem das chinesische Radioteleskop FAST mit seiner 500 m großen Schüssel. Es sollte prüfen, ob das Objekt regelmäßige Radiopulse aussendet. Solche Signale sind typisch für Pulsare, also schnell rotierende Neutronensterne, deren Strahlung regelmäßig die Erde erreicht.
Ein eindeutiges Signal fanden die Astronomen nicht. Auch Beobachtungen mit dem Röntgen-Weltraumteleskop Einstein Probe lieferten keinen Nachweis einer entsprechenden Strahlungsquelle. Das schließt einen Neutronenstern jedoch nicht aus. Seine Radiostrahlung könnte an der Erde vorbeigerichtet oder zu schwach sein. Auch die geringe Röntgenstrahlung ist mit einem Neutronenstern vereinbar, der kaum Materie aufnimmt.
Neutronenstern, Schwarzes Loch oder verborgenes Sternenpaar?
Die Forschenden halten einen schweren Neutronenstern weiterhin für die plausibelste Erklärung. Sie prüfen jedoch weitere Möglichkeiten:
- Ein leichtes Schwarzes Loch: Die Messwerte erlauben auch ein kompaktes Objekt am unteren Ende des möglichen Massenbereichs Schwarzer Löcher.
- Ein verborgenes Doppelobjekt: Statt eines einzelnen Körpers könnten zwei eng umeinander kreisende kompakte Objekte den Roten Riesen begleiten.
- Eine frühere Verschmelzung: Das System könnte ursprünglich aus drei Sternen bestanden haben. Zwei ihrer kompakten Überreste könnten später verschmolzen sein.
Dass ungewöhnliche Mehrfachsysteme tatsächlich existieren, zeigen andere Entdeckungen. Bereits 2024 berichtete ingenieur.de über ein Dreifachsystem mit einem Schwarzen Loch und zwei Sternen.
Ein Vergleichsobjekt ist außerdem Gaia NS1. Dieser Neutronenstern-Kandidat besitzt etwa 1,9 Sonnenmassen und bewegt sich ebenfalls auf einer weiten Umlaufbahn. J0008+0128 wäre nach den aktuellen Messungen noch massereicher und benötigt deutlich länger für einen Umlauf.
Weitere spektroskopische Beobachtungen sollen helfen, ein mögliches verborgenes Sternenpaar zu erkennen. Auch genauere Massenbestimmungen könnten zwischen einem Neutronenstern und einem leichten Schwarzen Loch unterscheiden.
Für die Astronomen ist vor allem eines entscheidend: J0008+0128 besitzt Eigenschaften, die keines der rund 300.000 untersuchten Standardmodelle reproduzieren konnte. Eine Erklärung seiner Entstehung fehlt damit bislang.
Quellen
- Zhao et al., Science Advances (2026): Discovery of a likely supermassive neutron star in a remarkably wide binary – Wissenschaftliche Originalveröffentlichung.
- Vollständiges Manuskript auf arXiv – Messdaten, Beobachtungen mit FAST und Einstein Probe sowie Simulationsergebnisse.
- Phys.org, 13. November 2026 – Bericht zur Entdeckung und Einordnung der Ergebnisse.
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