Schwarze Löcher geringer Masse wachsen auch heute noch

Für die Mehrheit der Astronomen ist die Existenz von schwarzen Löchern mit einer Million oder mehr Sonnenmassen im Zentrum der meisten Galaxien inzwischen unumstritten. Supermassive schwarze Löcher sind heute Teil des astronomischen Allgemeinwissens.

Detaillierte Untersuchungen der Bewegung von Sternen im Zentrum unserer Milchstraße haben ergeben, daß unsere eigene Galaxis so gut wie sicher ein schwarzes Loch mit einer Masse von drei Millionen mal jener der Sonne enthält. Astronomen haben auch schwarze Löcher in ein paar Dutzend nahegelegenen Galaxien nachgewiesen und haben entdeckt, daß die Masse eines schwarzen Loches stark mit der Masse des umgebenden galaktischen Sphäroids, der zentralen Ausbauchung (engl.: bulge), korreliert ist (Abb. 1). Die Masse dieses Bulges ist immer ungefähr 1000 mal die Masse des schwarzen Loches. Außerdem scheinen Galaxien ohne einen solchen Bulge auch kein schwarzes Loch zu enthalten. Diese Entdeckung ist deswegen so aufregend, weil sie darauf hinweist, daß galaktische Sphäroide und schwarze Löcher sich also zusammen bilden müssen. Die Frage, die sich hiermit stellt, ist daher, wie und wann ging die Bildung dieser Objekte von statten? Ist es möglich, einen direkten Nachweis zu finden, daß sich Bulges und schwarze Löcher in manchen Galaxien nach wie vor bilden, oder hat dieser Vorgang schon vor langer Zeit aufgehört?

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) und an der Johns Hopkins University (JHU) in den Vereinigten Staaten haben versucht, eine Antwort auf diese Fragen zu finden, indem sie eine umfangreiche Auswahl an Galaxien mit aktiven Kernen untersucht haben, die sie dem Sloan Digital Sky Survey entnahmen. In solchen Galaxien wird durch das Einfallen von Material auf das zentrale schwarze Loch (Abb. 3) ionisierende Strahlung erzeugt, die zu charakteristischen Signaturen im Emissionslinienspektrum der Galaxie führt. Das MPA/JHU Team hat eine detaillierte Statistik über 22.000 solche Systeme im lokalen Universum erstellt, um die gegenwärtige Massenzuwachsrate von schwarzen Löchern zu eruieren. Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß im Mittel schwarze Löcher „niedriger“ Masse von weniger als 100 Millionen Sonnenmassen, noch immer ein signifikantes Wachstum aufweisen. Weiters hat das Team die Rate gemessen, mit der sich in nahegelegenen Bulges geringer Masse Sterne bilden, und ist zu dem Schluß gekommen, daß diese Rate tausendmal höher ist, als die Rate mit der schwarze Löcher wachsen. Dieser Faktor tausend stimmt erfreulicherweise sehr gut überein mit dem Massenverhältnis zwischen Bulge und schwarzem Loch, welches in inaktiven Galaxien beobachtet wird! Dem gegenüber wachsen die größten schwarzen Löcher im lokalen Universum, die Massen bis zu 10 Milliarden Sonnenmassen haben können und in gigantischen elliptischen Galaxien zu finden sind, kaum, was darauf hinweist, daß sie sich in einer sehr viel früheren kosmischen Epoche gebildet haben müssen.

Die Ergebnisse des MPA/JHU Teams unterstützen die These des „Cosmic Downsizing“, also der Evolution des Kosmos in Richtung kleinerer Skalen. Cosmic Downsizing beschreibt ein Szenario, in dem aktive Sternbildung und das Wachsen schwarzer Löcher sich im Laufe der Entwicklung des Universums zu Galaxien immer kleinerer Masse hin verschiebt. Dieser Umstand wird von den Theoretikern mehr oder weniger als Paradoxon angesehen, versuchen sie doch zu verstehen, wie sich umgekehrt Galaxien aus kleinen Dichtefluktuationen entwickelt haben, die in den frühesten Augenblicken nach dem Urknall erzeugt worden sind. Gemäß der derzeitigen Standardtheorie wird die dominierende Materiekomponente im Universum nicht von den Baryonen gebildet, aus der sich alle gewöhnliche Materie – Menschen ebenso wie Sterne – zusammensetzt, stattdessen macht den größten Teil der Masse im Universum eine bisher nicht direkt beobachtete, dunkle Materie aus, die sich nur durch ihre Gravitation bemerkbar macht. Dunkle Materie wird allerdings vom Cosmic Downsizing nicht beeinflußt, ihre Zusammenballung beginnt auf kleinen Skalen und setzt sich zu immer massereicheren Strukturen hin fort. Zu verstehen, warum sich das Verhalten von Galaxien und Dunkler Materie so sehr voneinander unterscheiden soll, stellt gegenwärtig eine der bedeutendsten Herausforderungen für Kosmologen dar.