Schwarze Löcher, die eine Milliarde Sonnenmassen oder mehr haben, liegen im Herzen vieler Galaxien und treiben ihre Entwicklung an. Obwohl heute üblich, haben Beweise für supermassereiche Schwarze Löcher, die seit den Anfängen des Universums, etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall, existieren, Astronomen jahrelang verwirrt.
Wie konnten diese Giganten in der relativ kurzen Zeit, in der sie sich bilden mussten, so massiv werden? Eine neue Studie unter der Leitung von Tal Alexander vom Weizmann Institute of Science und Priyamvada Natarajn von der Yale University könnte eine Lösung bieten.
Schwarze Löcher werden oft fälschlicherweise für monströse Kreaturen gehalten, die mit enormer Geschwindigkeit Staub und Gas ansaugen. Aber das könnte nicht weiter von der Wahrheit entfernt sein (tatsächlich lassen mich die Worte „saugen“ und „schwarzes Loch“ im selben Satz zusammenzucken). Obwohl sie normalerweise helle Akkretionsscheiben ansammeln – wirbelnde Scheiben aus Gas und Staub, die sie im beobachtbaren Universum sichtbar machen – begrenzen genau diese Scheiben tatsächlich die Wachstumsgeschwindigkeit.
Erstens, wenn sich Materie in einer Akkretionsscheibe dem Schwarzen Loch nähert, kommt es zu Staus, die jedes andere einfallende Material verlangsamen. Zweitens erwärmt sich Materie, wenn sie in diesen Staus kollidiert, und erzeugt Energiestrahlung, die tatsächlich Gas und Staub vom Schwarzen Loch wegtreibt.
Ein Stern oder ein Gasstrom kann sich tatsächlich auf einer stabilen Umlaufbahn um das Schwarze Loch befinden, ähnlich wie ein Planet einen Stern umkreist. Daher ist es für Astronomen eine ziemliche Herausforderung, Wege zu finden, die ein Schwarzes Loch zu supermassiven Ausmaßen anwachsen lassen.
Zum Glück haben Alexander und Natarajan einen Weg gefunden, dies zu tun: Indem sie das Schwarze Loch in einen Haufen Tausender Sterne platzieren, können sie ohne die Einschränkungen einer Akkretionsscheibe operieren.
Es wird allgemein angenommen, dass Schwarze Löcher entstehen, wenn massereiche Sterne mit einem Gewicht von mehreren zehn Sonnenmassen explodieren, nachdem ihr Kernbrennstoff verbraucht ist. Ohne dass der Kernofen in seinem Kern gegen die Schwerkraft drückt, kollabiert der Stern. Während die inneren Schichten nach innen fallen, um ein Schwarzes Loch von nur etwa 10 Sonnenmassen zu bilden, fallen die äußeren Schichten schneller, treffen auf die inneren Schichten und prallen in einer riesigen Supernova-Explosion zurück. Das ist zumindest die einfache Version.
Der unregelmäßige Weg des Schwarzen Lochs durch das Gas (schwarze Linie) wird durch die umgebenden Sterne (gelbe Kreise) zufällig bestimmt. Währenddessen strömt dichtes kaltes Gas (grüne Pfeile) in Richtung des Zentrums des Clusters (rotes Kreuz). Bild: Weizmann Institute of Science.
Das Team begann mit einem Modell eines Schwarzen Lochs, das aus dieser Sternexplosion entstand und in eine Ansammlung von Tausenden von Sternen eingebettet ist. Ein kontinuierlicher Strom aus dichtem, kaltem, undurchsichtigem Gas fiel in das Schwarze Loch. Aber hier ist der Trick: Die Anziehungskraft vieler naher Sterne verursachte eine zufällige Zickzackbewegung und verhinderte, dass sie eine Akkretionsscheibe bildete.
Ohne Akkretionsscheibe kann Materie nicht nur besser von allen Seiten in das Schwarze Loch fallen, sondern sie wird auch nicht in der Akkretionsscheibe selbst abgebremst.
Alles in allem legt das Modell nahe, dass ein Schwarzes Loch mit der 10-fachen Sonnenmasse eine Milliarde Jahre nach dem Urknall auf mehr als das 10-Milliarden-fache der Sonnenmasse anwachsen könnte.
Das Papier wurde am 7. August in Science veröffentlicht und ist Online verfügbar.
