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SUPERMASSEREICHE SCHWARZE LÖCHER
Astronomen entdecken zwei Giganten
von Stefan Deiters
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6. Dezember 2011

Amerikanische Astronomen haben in den Zentren von zwei Galaxien die massereichsten Schwarzen Löcher aufgespürt, die bislang nachgewiesen worden sind. Die beiden Schwerkraftfallen haben eine Masse, die der rund 10-Milliarden-fachen Masse unserer Sonne entspricht. Innerhalb ihres Ereignishorizonts hätte unser gesamtes Planetensystem bequem Platz.

Supermassereiches Schwarzes Loch

Astronomen entdeckten zwei gewaltige Schwerkraftfallen, hier eine künstlerische Darstellung, in über 300 Millionen Lichtjahren Entfernung. Bild: Gemini Observatory / AURA / Lynette Cook

Schon seit längerem vermuten Astronomen, dass sich in den Zentren der meisten Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher verbergen. Schwarze Löcher sind kompakte Objekte, die auf ihre unmittelbare Umgebung eine so große Anziehungskraft ausüben, dass noch nicht einmal Licht ihrem Einflussbereich entkommen kann. Forscher unterscheiden in der Regel zwischen zwei verschiedenen Arten von Schwarzen Löchern: Stellare Schwarze Löcher entstehen durch Supernova-Explosionen von massereichen Sternen und haben eine vergleichsweise kleine Masse, die nur einem geringen Vielfachen der Masse unserer Sonne entspricht.

Supermassereiche Schwarze Löcher hingegen entstehen vermutlich durch wiederholte Verschmelzungen von kleineren Schwarzen Löchern oder durch deren Anwachsen nach Verschlucken enormer Mengen an Sternen und Gas. Ihre Masse kann viele Millionen Sonnenmassen ausmachen, einige besonders massereiche Exemplare bringen es sogar auf Massen, die sich nur in Milliarden Sonnenmassen beschreiben lassen.

Und genau zwei solche Giganten haben Astronomen nun in mehr als 300 Millionen Lichtjahren Entfernung aufgespürt. Es könnte sich bei ihnen um die dunklen Überreste von äußerst hellen aktiven Galaxien, sogenannten Quasaren, handeln, die es im jungen Universum sehr häufig gegeben haben muss. Quasare sind, so die Theorie, Galaxien mit äußerst aktiven supermassereichen Schwarzen Löchern, die also große Mengen an Material verschlingen. Dieses Material heizt sich kurz vor dem Verschwinden in dem Schwarzen Loch extrem auf, so dass es eine intensive Strahlung aussendet, die auch noch über große Distanzen zu sehen ist.

"Im jungen Universum gab es eine Vielzahl von Quasaren oder aktiven Galaxien und einige davon sollten auch Schwarze Löcher mit einer Masse von zehn Milliarden Sonnenmassen und mehr besessen habe", so Chung-Pei Ma, Professorin für Astrophysik an der University of California in Berkeley. "Diese beiden neuen supermassereichen Schwarzen Löcher haben eine ähnliche Masse wie diese jungen Quasare und sind vielleicht das fehlende Verbindungsstück zwischen Quasaren und den supermassereichen Schwarzen Löchern, die wir heute beobachten."

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"Diese Schwarzen Löcher könnten auch neue Informationen darüber liefern, wie Schwarze Löcher und die sie umgebenden Galaxien sich im Verlauf der Geschichte des Universums gegenseitig beeinflusst haben", ergänzt Nicholas McConnell, der in Berkeley für seine Doktorarbeit forscht. Er ist zudem Erstautor eines Fachartikels über die Entdeckung, der am Donnerstag in der Wissenschaftszeitschrift Nature erscheint.

Der bisherige Rekordhalter unter den supermassereichen Schwarzen Löchern, die Schwerkraftfalle im Zentrum der nahegelegenen Galaxie M87, bringt es auf die 6,3-milliardenfache Masse der Sonne (astronews.com berichtete). Das erste neuentdeckte Schwarze Loch hat eine geschätzte Masse von 9,7 Milliarden Sonnenmassen und befindet sich in der elliptischen Galaxie NGC 3842, der hellsten Galaxie des Leo-Galaxienhaufens im Sternbild Löwe. Die Galaxie ist 320 Millionen Lichtjahre entfernt. Das zweite neue Schwarze Loch ist mindestens genauso massereich und liegt im Zentrum der elliptischen Galaxie NGC 4889, der hellsten Galaxie des Coma-Galaxienhaufens. Dieser ist 336 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und befindet sich im Sternbild Haar der Berenike.

Der Ereignishorizont der beiden jetzt entdeckten Schwarzen Löcher dürfte gewaltig sein: Diese imaginäre Grenze beschreibt jenen Punkt um ein Schwarzes Loch, ab dem die Anziehungskraft der Schwerkraftfalle so stark ist, dass nicht einmal Licht ihr mehr entkommen kann, eine "Grenze ohne Wiederkehr" also. Der Ereignishorizont um die beiden neu entdeckten Giganten ist so groß, dass die Planeten unseres Sonnensystems auf ihren Bahnen bequem darin Platz hätten - er entspricht etwa dem fünffachen des Plutoorbits. Der gewaltige gravitative Einfluss der Schwarzen Löcher sollte sogar noch in einem Umkreis von 4.000 Lichtjahren zu spüren sein. "Zum Vergleich: Diese beiden Schwarzen Löcher sind 2.500-mal massereicher als das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße", so McConnell. "Dessen Ereignishorizont beträgt gerade einmal ein Fünftel des Merkurorbits."

Vermutlich blieben diese Giganten unter den supermassereichen Schwarzen Löchern so lange unentdeckt, weil sie heute nicht mehr aktiv sind. In ihrer aktiven Phase, so Ma, vor vielleicht zehn Milliarden Jahren, haben sie sämtliches Gas und anderes Material aus ihrer Nachbarschaft verschlungen. Aus dem übriggebliebenen Gas sind Sterne entstanden, die seitdem friedlich um die Schwarzen Löcher kreisen. Die beiden Galaxien rund um die Schwarzen Löcher dürften vermutlich ähnlich gigantische Ausmaße haben wie die Schwerkraftfallen. Die Astronomen vermuten in ihnen bis zu einer Billion Sterne.

Die Idee, in vergleichsweise nahegelegenen Galaxienhaufen nach riesigen supermassereichen Schwarzen Löchern zu suchen, war Ma, die in der theoretischen Astrophysik arbeitet, nach Auswertung von Computersimulationen von Galaxienverschmelzungen gekommen. Die massereichsten Schwarzen Löcher findet man nämlich in den Zentren von elliptischen Galaxien, die - so die Theorie - durch Verschmelzung von zwei Spiralgalaxien entstanden sind. Bei der Auswertung ihrer Computersimulationen fand Ma nun aber auch Hinweise darauf, dass es eigentlich auch zu Verschmelzungen von elliptischen Galaxien kommen und dadurch dann nicht nur die größten elliptischen Galaxien entstehen sollten, sondern auch gewaltige Schwarze Löcher mit Massen von bis zu zehn Milliarden Sonnenmassen. Und diese könnten dann sogar noch weiter anwachsen.

Um nach diesen gigantischen Schwerkraftfallen zu suchen, tat sich Ma mit beobachtenden Astronomen zusammen, darunter auch mit Karl Gebhardt von der University of Texas in Austin, der den bisherigen Rekordhalter in M87 entdeckt hatte. Mit Teleskopen des Gemini-, Keck- und des McDonald Observatory in Texas nahmen McConnell und Ma detaillierte Spektren des diffusen Lichts aus den Zentralbereichen zahlreicher massereicher elliptischer Galaxien auf. Jede dieser Galaxie war dabei die massereichste Galaxie in ihrem jeweiligen Galaxienhaufen.

Bislang haben die Wissenschaftler die Bahngeschwindigkeit der Sterne in zwei dieser Galaxien analysiert und daraus die Masse berechnet, die sich im Inneren der Galaxie verbergen muss. Danach sollte sich in einem Bereich von nur wenigen hundert Lichtjahren eine so enorme Masse befinden, dass es sich dabei nur um ein supermassereiches Schwarzes Loch handeln kann. "Wenn es sich bei dieser Masse um Sterne handeln würde, müssten wir ihr Licht sehen", erklärt Ma. Der Fund, so die Hoffnung der Astronomen, sollte ihnen auch etwas über die Entwicklungsgeschichte solcher gewaltigen Schwarzen Löcher verraten: "Die Frage ist, ob sie schon sehr große Eltern hatten, oder einfach sehr viel Spinat gegessen haben", so Ma.

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siehe auch
M87: Schwarzes Loch massereicher als angenommen - 18. Januar 2011
Supermassereiche Schwarze Löcher: Bereits kurz nach dem Urknall entstanden? - 26. August 2010
Schwarze Löcher: Kosmisches Henne-Ei-Problem gelöst? - 8. Januar 2009
Links im WWW
Fachartikel von Nature (pdf)
University of California in Berkeley
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