wissenschaftliches Universum
Das Rätsel der supermassereichen Schwarzen Löcher ist gelöst
Stand: 17:15 | Lesezeit: 3 Minuten
Ein heller, sternähnlicher Quasar ist von seiner Wirtsgalaxie aus sichtbar
Welche: Picture Alliance / Hubble Space Telescope / ESA / Hubble / dpa
Quasare sind supermassive Schwarze Löcher mit enormer Leuchtkraft. Wie sie in den frühen Tagen des Universums entstanden sind, hat Astronomen immer verblüfft. Jetzt haben sie eine Erklärung gefunden. Kalte Gase spielen eine wichtige Rolle.
Knapp eine Milliarde Jahre nach dem Urknall zündeten die ersten Quasare im Kosmos: supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum neu entstandener Galaxien. Doch wie konnten aus astronomischer Sicht so große Objekte mit bis zu einer Milliarde Sonnenmassen in so kurzer Zeit entstehen?
Ein internationales Forscherteam hat nun mit Hilfe von Computersimulationen eine Antwort auf diese Frage gefunden: Turbulente und kalte Gasströme verdichten sich zu den ersten Schwarzen Löchern mit zehn- bis hunderttausend Sonnenmassen. Diese Objekte dienen dann als „Samen“ für die Entstehung supermassiver Schwarzer Löcher, schreiben Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.
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Im heutigen Kosmos haben fast alle Galaxien im Zentrum ein großes Schwarzes Loch mit einer Millionen- bis Milliardenfachen Masse unserer Sonne. Zuerst dachten Astronomen, dass diese supermassereichen Schwarzen Löcher im Laufe der kosmischen Geschichte mehr oder weniger gleichmäßig an Masse zunehmen würden. Diese Vorstellung musste jedoch korrigiert werden, als zahlreiche Quasare im frühen Kosmos entdeckt wurden. Sie sind auch supermassive Schwarze Löcher, in denen Materie fließt und sich dabei erhitzt, weshalb Quasare heller leuchten als die Galaxien, in deren Zentren sie sich befinden.
„Kosmologische Simulationen haben gezeigt, dass diese Quasare durch den Eintritt von kaltem Gas entstehen können“, erklären Muhammad Latif von der Universität der Vereinigten Arabischen Emirate und Kollegen in Österreich, Großbritannien und Kanada. „Voraussetzung dafür ist aber, dass es bereits Schwarze Löcher mit zehn- bis hunderttausend Sonnenmassen gibt. Für ihre Entstehung gibt es bislang allerdings keine schlüssige Erklärung.“
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Ungewöhnliche Szenarien können zwar zur Bildung dieser „Keimlinge“ für supermassive Schwarze Löcher führen, aber zu selten, um die Häufigkeit von Quasaren im jungen Kosmos zu erklären.
Latif und seinen Kollegen ist es nun gelungen, mit hochauflösenden Computersimulationen eine Erklärung für die Entstehung der ersten Schwarzen Löcher zu finden. Wie Wissenschaftler berichten, führt der Eintritt von kaltem Gas in Galaxien, die sich im jungen Kosmos bilden, zu starken Turbulenzen, die verhindern, dass aus dem Gas auf normale Weise Sterne entstehen.
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Erst wenn die Masse des gesammelten kalten Gases von 30.000 auf 40.000 Sonnenmassen angewachsen ist, kollabiert die dichte Gaswolke unter ihrer eigenen Schwerkraft und bildet ein entsprechend großes Schwarzes Loch.
Laut Latif und Kollegen sorgt dieser einfache und robuste Prozess dafür, dass dort, wo genügend Gas für die Bildung eines Quasars vorhanden ist, zunächst ein „Keim“ gebildet werden kann. Und dieser Prozess tritt auch oft genug auf, um die Anzahl der Quasare zu erklären. „Die ersten Quasare waren daher eine natürliche Folge der Strukturbildung im frühen Kosmos“, sagen die Forscher, „und erforderten keine exotischen und gut angepassten Umgebungen, wie bisher angenommen.“