Supermassereiche schwarze Löcher

Supermasse­reiche schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien können bis zum Milliarden­fachen der Sonnen­masse enthalten. Dachten die Astro­physiker früher, das Wachstum dieser gewaltigen Objekte verlaufe relativ stetig über Jahr­milliarden hinweg, so mussten sie diese Vorstellung mit der Entdeckung von über zwei Dutzend super­masse­reichen schwarzen Löchern in der Frühzeit des Kosmos – etwa 800 Millionen Jahre nach dem Urknall – revidieren. Offenbar entstehen diese schwarzen Löcher sehr früh in der kos­mischen Geschichte und wachsen dann zunächst rasant an. Bleibt die Frage, wie? Denn ein allgemein akzep­tiertes Szenario dafür gibt es bislang nicht.

Zoltan Haiman von der Columbia Univer­sity in New York und seine Kollegen verfolgen seit einem Jahrzehnt die Idee eines „direkten“ Kollapses, also des nahezu instan­tanen Zusammen­falls gewaltiger Gasmengen zu einem sehr masse­reichen schwarzen Loch. Das Problem dabei: Üblicher­weise fragmentiert eine Gaswolke beim Kollaps und bildet Sterne. Die Strahlung dieser Sterne bremst dann den Kollaps ab und verhindert die Entstehung eines schwarzen Lochs. Jetzt präsentiert das Team auf Basis hoch­aufgelöster hydro­dynamischer Simulationen unter Berück­sichtigung des Strahlungs­transports eine Lösung dieses Problems.

Wenn sich zwei eng benach­barte Galaxien nahezu, aber nicht voll­ständig synchron entwickeln, dann kommt es zunächst in einer der beiden zu einem „Starburst“, also der explosions­artigen Entstehung neuer Sterne. Viele dieser jungen Sterne sind extrem heiß und erzeugen ein Strahlungs­feld, das die zweite Galaxie durchdringt und dort die Entstehung neuer Sterne verhindert. Da diese Galaxie gleich­wohl durch Akkretion weiter an Masse zunimmt, über­schreitet sie schließlich einen kritischen Wert und kollabiert unauf­haltsam zu einem schwarzen Loch. „Bereits innerhalb von nur 100.000 Jahren wachsen diese schwarzen Löcher durch den unge­bremsten Kollaps auf eine Million Sonnen­massen an“, erläutert Haiman. „Nach wenigen hundert Millionen Jahren sind sie schließlich zu super­masse­reichen schwarzen Löchern mit der milliarden­fachen Sonnen­masse geworden. Das ist erheblich schneller, als wir es erwartet hatten.“

Haiman und seine Kollegen gehen davon aus, dass es im jungen Kosmos genügend enge Paare entstehender Galaxien gab, um die beobach­tete Anzahl super­masse­reicher schwarzer Löcher zu produzieren. Mit dem James Webb Space Tele­scope, das im Oktober kommenden Jahres starten soll, hoffen die Forscher noch frühere Phasen, bis zu einer Rot­verschiebung von 25, der Galaxien­entstehung beobachten zu können – und so auch die Entstehung masse­reicher schwarzer Löcher durch direkten Kollaps. „Die Entdeckung eines Direkt-Kollaps-Kandidaten in unmittel­barer Nachbar­schaft einer Galaxie mit hoher Sternent­stehungsrate“, so die Forscher, „würde unser Szenario bestätigen.“

Rainer Kayser

JOL