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CHANDRA
Wachstum Schwarzer Löcher weiter rätselhaft
von Stefan Deiters
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19. Juni 2012

Was bestimmt das Wachstum von supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien? Bislang hatten Astronomen angenommen, dass die Masse der Ansammlung von Sternen im Zentrum dabei eine wichtige Rolle spielt. Neue Beobachtungen mit dem NASA-Röntgenteleskop Chandra scheinen dem aber nun zu widersprechen. Ist stattdessen der Halo aus Dunkelmaterie entscheidend?

NGC 4342

Eine kombinierte Infrarot- und Röntgenaufnahme von NGC 4342 (oben) und NGC 4291.  Bild: NASA / CXC / SAO / A. Bogdan et al. (Röntgen), 2MASS / UMass / IPAC-Caltech/NASA/NSF (Infrarot)

NGC 4291

Im Zentrum fast jeder Galaxie haben Astronomen inzwischen ein supermassereiches Schwarzes Loch nachweisen können. Diese Schwerkraftfallen haben in der Regel eine Masse, die die unserer Sonne um das Millionenfache übertrifft und machen damit trotzdem nur einen winzigen Bruchteil der Gesamtmasse einer Galaxie aus. Seit einiger Zeit vermuten Astronomen, dass es einen Zusammenhang zwischen der Masse des Schwarzen Lochs im Zentrum und der der zentralen Ansammlung von Sternen einer Galaxie, dem sogenannten Bulge, gibt. Das Schwarze Loch und der Bulge, so die Vermutung, wachsen im Gleichschritt - je massereicher der Bulge, desto massereicher das Schwarze Loch.

Normalerweise haben die Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien etwa 0,2 Prozent der Bulge-Masse. Jetzt haben Astronomen aber mit Hilfe des NASA-Röntgenteleskops Chandra mit NGC 4342 und NGC 4291 zwei Galaxien untersucht, deren Schwarze Löcher deutlich massereicher sind, als sie nach dieser Theorie eigentlich sein sollten. In einem Fall ist das Schwarze Loch zehnmal massereicher, im anderen Fall sogar 35-mal. Die Chandra-Beobachtungen ergaben zudem, dass der Halo aus Dunkler Materie, in die die Galaxien eingebettet sind, auch massereicher ist als eigentlich üblich.

Die Beobachtungen würden damit nahelegen, dass das Wachstum und die Entwicklung der Schwarzen Löcher nicht mit dem galaktischen Bulge zusammenhängt, sondern vielmehr mit der sie umgebenden Dunkelmaterie. So gesehen wären weder die Schwarzen Löcher, noch der Halo zu massereich, sondern die Gesamtmasse der Galaxien zu gering.

Astronomen haben zahlreiche Hinweise dafür, dass Galaxien nicht nur aus sichtbarer Materie bestehen, sondern in einen Halo aus Dunkler Materie eingebettet sind. Nur so lassen sich beispielsweise zahlreiche Beobachtungen, wie etwa die Bewegung der Sterne in den Galaxien, erklären. "Die Beobachtungen liefern weitere Hinweise auf eine Verbindung zwischen den beiden mysteriösesten und dunkelsten Phänomenen in der Astrophysik - Schwarze Löcher und Dunkle Materie - in diesen Galaxien", so Akos Bogdan vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), der die Untersuchung leitete.

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NGC 4342 und NGC 4291 sind uns mit einer Entfernung von 75 und 85 Millionen Lichtjahren relativ nah. Schon vor den Chandra-Beobachtungen wusste man, dass beide Systeme über zentrale Schwarze Löcher verfügen, die eine vergleichsweise hohe Masse haben. Dies könnte sich allerdings auch durch eine dichte Begegnung der Galaxien mit einer anderen Galaxie erklären lassen, durch die in der Vergangenheit die äußeren Bereiche der Galaxien einfach weggerissen wurden. Astronomen nennen dieses Phänomen "Tidal Stripping".

Mit Chandra untersuchten die Astronomen nun das heißen Gas rund um die beiden Galaxien, das im Röntgenbereich leuchtet. Es liefert Hinweise auf den Halo aus Dunkler Materie um die beiden Systeme. Das Gas ist aber offenbar weit rund um die Galaxien verteilt, was zum einen auf einen ungewöhnlich massereichen Halo aus Dunkler Materie hindeutet und zudem Tidal Stripping sehr unwahrscheinlich erscheinen lässt.

"Dies ist der beste Beweis dafür, den wir im näheren Universum haben, dass Schwarze Löcher schneller wachsen als ihre Wirtsgalaxie", so CfA-Kollege Bill Forman. "Die Galaxien wurden also nicht durch dichte Begegnungen beeinträchtigt, sondern waren in ihrer Entwicklung irgendwie gehemmt."

Doch wie kann ein Schwarzes Loch schneller wachsen als die es umgebende Galaxie? Die Astronomen vermuten, dass sich das Schwarze Loch in der Anfangsphase zunächst von einer großen Ansammlung von Gas im Zentrum der Galaxie "ernährt" hat. Je größer es dadurch wurde, desto größer war auch die Menge an Material, die es verschlungen hat. Bei diesem Akkretionsprozess entstand aber auch Energie, die, ab einer kritischen Masse des Schwarzen Lochs, dafür sorgte, dass das Gas der Galaxie nicht mehr ausreichend abkühlen konnte und die Entstehung von Sternen damit behindert wurde.

"Es ist möglich, dass das supermassereiche Schwarze Loch bereits ein beachtliche Größe erreicht hatte, bevor es überhaupt viele Sterne in der Galaxie gab", so Bogdan. "Das ist eine deutliche Abkehr von unserem bisherigen Bild vom gemeinsamen Wachstum von Galaxien und ihrer Schwarzen Löcher." Die Astronomen haben ihre Ergebnisse in der vergangenen Woche auf einer Konferenz in Anchorage in Alaska vorgestellt. Sie werden auch in einem Fachartikel beschrieben, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erscheint.

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siehe auch
Schwarze Löcher: Dunkle Materie nicht für Wachstum verantwortlich - 24. Januar 2011
Henize 2-10: Kleine Galaxie, gewaltiges Schwarzes Loch - 14. Januar 2011
Schwarze Löcher: Kosmisches Henne-Ei-Problem gelöst? - 8. Januar 2009
Spitzer: Schlanke Galaxien mit fetten Schwarzen Löchern - 17. Januar 2008
Schwarze Löcher: Symbiose mit Wirts-Galaxie entdeckt - 17. Juli 2003
Links im WWW
Chandra, Seite der NASA
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
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