HUBBLE
Schwarze Löcher in Kugelsternhaufen
von Stefan Deiters
astronews.com
18. September 2002

Mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops spürten zwei Astronomenteams Schwarze Löcher mittlerer Größe im Zentrum zweier Kugelsternhaufen auf. Die Entdeckung könnte ein wichtiger Mosaikstein sein, um zu verstehen, wie sich die gewaltigen supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien bilden.

Hubble-Aufnahme von G1 (oben) und M15. Fotos:  NASA und das Hubble Heritage Team (M15), NASA und Michael Rich (G1)

Schwarze Löcher faszinieren nicht nur Fans von einschlägiger Science Fiction-Literatur, sie sind auch heiß diskutierter Forschungsgegenstand. Das liegt nicht zuletzt daran, dass man inzwischen im Zentrum jeder "normalen" Galaxie ein gewaltiges Schwarzes Loch vermutet, das viele Millionen Mal massereicher ist als unsere Sonne. Aber es gibt auch die so genannten stellaren Schwarzen Löcher, die - so zumindest die Theorie der Forscher - aus der normalen Sternentwicklung eines massereichen Sterns resultieren: Sie bleiben am Ende einer Supernova-Explosion zurück und haben nur einige Male die Masse unserer Sonne.

Zwischen den großen und den kleinen Schwarzen Löchern schien lange Zeit eine riesige Lücke zu klaffen, die erst durch Beobachtung von Schwarzen Löchern eines mittleren Massebereichs geschlossen werden konnte (astronews.com berichtete). Außerdem bewegt die Astronomen schon seit langem die Frage, wie diese supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien eigentlich entstanden sind. Der Fund von zwei Schwarzen Löchern einer mittleren Größenklasse im Zentrum von Kugelsternhaufen könnte nun helfen, etwas Licht in diese Angelegenheit zu bringen. Kugelsternhaufen sind Ansammlungen von 100.000 bis zu einigen Millionen Sternen und gehören mit zu den ältesten Bestandteilen unserer Milchstraße. Seit einigen Jahren entdeckt man Kugelsternhaufen aber auch in anderen Galaxien.

"Diese Entdeckungen verraten uns etwas über die ganz grundlegenden Prozesse der Bildung von Sternhaufen und Schwarzen Löchern im frühen Universum", erläutert Roeland Van der Marel vom Space Telescope Science Institute. "Schwarze Löcher sind noch verbreiteter als wir angenommen haben." Und Michael Rich von der Universität von Kalifornien in Los Angeles ergänzt: "Wir lernen nicht nur etwas über die Bildung Schwarzer Löcher. Die neuen Daten helfen uns auch die Kugelsternhaufen mit der Galaxie in Verbindung zu setzen, wodurch wir wichtige Informationen über die Entstehung von Galaxien erhalten."

Das schließt auch die Frage nach der Entstehung der supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien mit ein: So scheint die Masse eines Schwarzen Lochs direkt mit der Masse des umgebenden Sternsystems zusammenzuhängen. Nach früheren Beobachtungen mit dem Hubble-Weltraumteleskop machte die Masse des zentralen Schwarzen Lochs etwa 0,5 Prozent der Gesamtmasse der jeweiligen Galaxie aus. Und genau diesen Trend konnten die Forscher auch bei den jetzt entdeckten mittleren Schwarzen Löchern feststellen. "Vielleicht sind diese jetzt entdeckten mittleren Schwarzen Löcher die Bausteine für die Supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxien", so Karl Gebhardt von der Universität von Texas in Austin.

Die Gruppe um Van Der Marel hatte ein Schwarzes Loch von 4.000 Sonnenmassen im 32.000 Lichtjahre entfernten Kugelsternhaufen M15 aufgespürt, das Team um Rich ein 20.000 Sonnenmassen Schwarzes Loch im Kugelsternhaufen G1, der zu unserer Nachbargalaxie Andromeda gehört. "G1 hat eine Gesamtmasse von 10 Millionen Sonnenmassen, was ihn zum massereichsten Kugelsternhaufen macht, den wir kennen", so Rich. "Er hat außerdem ein sehr helles Zentrum, so dass ich mir dachte, dass sich hier eine Suche nach einem massereichen Schwarzen Loch lohnen würde." 

"Es gibt im Prinzip zwei Theorien über die Entstehung von massereichen Schwarzen Löchern", erläutert Gebhardt. "Entweder bildet sich ein solches Schwarzes Loch gleich bei der Entstehung der Galaxie durch eine Unmenge Materie im Zentrum oder es bildet sich zunächst ein kleineres Schwarzes Loch, das dann nach und nach immer größer wird. Durch die Beobachtungen scheint nun einiges dafür zu sprechen, dass alles tatsächlich mit einem kleineren Schwarzen Loch begann." Und die beobachteten Schwarzen Löcher in den Kugelsternhaufen könnten nach Ansicht der Astronomen genau so ein "Saatkorn" für ein späteres supermassereiches Schwarzes Loch sein.

Beide Schwarzen Löcher wurden durch detaillierte Geschwindigkeitsmessungen der Sterne in den Kugelsternhaufen aufgespürt. Während M15 nahe genug ist, um die individuelle Bewegung der Sterne zu messen, ermittelten die Forscher bei G1 eine kollektive Geschwindigkeit. In beiden Fällen konnten sie feststellen, wie sich die Geschwindigkeit der Sterne zum Zentrum hin erhöht - ganz wie beim Wirbel des Wassers, das in einem Abfluss verschwindet. Aus diesen Messungen bestimmten die Astronomen dann die Masse des für die Bewegung verantwortlichen Zentralobjektes, die sich am besten durch die Existenz eines Schwarzen Lochs erklären lässt. Als Alternative käme eine große Gruppe von Neutronensternen in Frage, was die Forschergruppen aber für unrealistisch halten.

Als nächstes soll nun in weiteren Kugelsternhaufen nach Schwarzen Löchern gefahndet werden. Da uns die Kugelsternhaufen vergleichsweise nahe sind, wären weitere Entdeckungen von Schwarzen Löchern eine willkommene Möglichkeit, mehr über diese mysteriösen Objekte aus relativer Nähe zu erfahren.