16.02.2005 - Astronomie
Wachstum von Schwarzen Löchern reguliert sich mithilfe eines starken Teilchenwinds selbst
Ein Blick in die Jugend von Galaxien ist Forschern um Tiziana Di Matteo vom Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching gelungen. Mit Computersimulationen enträtselten die Wissenschaftler, warum die Masse superschwerer Schwarzer Löcher im Zentrum von Galaxien mit der Gesamtmasse der Sterne der Galaxie zusammenhängt. Das berichten Di Matteo und ihre Kollegen in der Zeitschrift Nature (Bd. 433, S. 604).
Im Zentrum fast jeder Galaxie befindet sich ein Schwarzes Loch, das so schwer ist wie Milliarden von Sonnen. Diese gewaltigen Objekte entstanden in der dramatischsten Phase der Galaxienbildung, als kleinere Galaxien zu größeren Gebilden verschmolzen. Dabei vereinigten sich auch die Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxien. Nach einer solchen Kollision wurden viele junge Sterne in der neuen Galaxie geboren. Außerdem wuchs das neu gebildete Riesenloch rasch an, weil es große Mengen von Gas und Staub verschluckte. Vor ihrem Tod wurde diese Materie auf Temperaturen von Millionen Grad Celsius aufgeheizt und gab als letztes Lebenszeichen energiereiche Gamma- und Röntgenstrahlung ab.
In dieser hochaktiven Phase seines Lebens strahlt der Galaxienkern, der insgesamt wenig größer als das Sonnensystem ist, so hell wie Milliarden Sonnen. Astronomen nennen solche Objekte Quasare ("quasi-stellare Objekte"). Sie waren vor allem in den ersten Jahrmilliarden des Universums häufig. Bislang war es unklar, warum die Quasar-Phase nur einen relativ kurzen Teil der Lebensdauer einer Galaxie ausmacht.
Das fanden Di Matteo und ihre Kollegen jetzt heraus: Wenn das Schwarze Loch zu einer gewissen Größe herangewachsen ist, wird das umgebende Gas so stark aufgeheizt, dass ein starker Teilchenwind entsteht, der die Gasscheibe rund um das Schwarze Loch einfach weg pustet. Wenn es keine Materie mehr aufsaugen kann, endet die Quasar-Phase. Das Schwarze Loch fällt in einen Ruhezustand und verweilt fortan nahezu unsichtbar im Galaxienkern. Der gesamte innere Teil der Galaxie wird durch den Teilchenwind ebenfalls von Gas und Staub befreit, so dass auch die Phase der Sternenentstehung endet. Wie die Forscher schreiben, dauert es bei großen Schwarzen Löchern länger, bis der Endpunkt des Wachstums erreicht ist als bei kleineren Schwarzen Löchern. Mit ihren Simulationen konnten sie den beobachteten Zusammenhang zwischen der Größe des Schwarzen Lochs und der Masse der Sterne einer Galaxie erstmals erklären.
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