Wie supermassereiche Schwarze Löcher entstehen

Überschallschnelle Gasströme im jungen Kosmos bilden Supersterne – die schnell zu Schwarzen Löchern kollabieren

Tokio (Japan) - Bereits knapp eine Milliarde Jahre nach dem Urknall gab es Schwarze Löcher mit der milliardenfachen Masse der Sonne im jungen Kosmos. Wie konnten diese gewaltigen Objekte so schnell entstehen? Ein internationales Forscherteam präsentiert jetzt eine neue Antwort auf diese Frage: Beim Urknall erzeugte, überschallschnelle Gasströmungen können, wie die Computersimulationen des Teams zeigen, zur schnellen Entstehung von Supersternen mit der 34.000-fachen Masse der Sonne führen, die dann rasant zu Schwarzen Löchern kollabieren. Und diese mittelgewichtigen Schwarzen Löcher können dann als „Saatkörner“ für die Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher dienen, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Science“.

„Als aussichtsreichster Prozess galt bislang der direkte Kollaps großer Gaswolken durch ihre eigene Schwerkraft“, erläutern Shingo Hirano von der University of Texas in den USA. „Doch theoretische Analysen haben gezeigt, dass dieser Prozess zu langsam verläuft, um schnell genug supermassereiche Schwarze Löcher hervorzubringen.“ Ähnliche Probleme haben auch Szenarios, bei denen die erste Generation von Sternen im jungen Universum Schwarze Löcher hervorbringt, die dann zu immer massereicheren Objekten anwachsen.

Hirano und seine Kollegen präsentieren jetzt ein alternatives Szenario. Darin berücksichtigen die Forscher erstmals überschallschnelle Gasströmungen, die nach dem Urknall zurückbleiben. Die Simulationen des Teams zeigen, dass die Dunkle Materie – die den überwiegenden Anteil der Masse im Kosmos ausmacht – bereits 100 Millionen Jahre nach dem Urknall starke Verdichtungen aufweist. Solche Verdichtungen fangen dann die extrem schnellen Gasströme ein und führen so zur rasanten Bildung von massereichen Supersternen.

Die Entwicklung dieser Supersterne mit einer typischen Masse von 34.000 Sonnenmassen verläuft geradezu explosiv und endet innerhalb weniger tausend Jahre im Kollaps zu einem Schwarzen Loch. „Bereits etwa 100 Millionen Jahre nach dem Urknall stehen uns damit vielversprechende Saatkörner für die Bildung supermassereicher Schwarze Löcher zur Verfügung“, so Hirano und seine Kollegen – wesentlich früher als in den bisherigen Modellen der Astronomen. Die Forscher weisen zudem daraufhin, dass ihr Szenario keine speziellen Bedingungen erfordere, sondern ausschließlich auf der vom Standardmodell der Kosmologie vorhergesagten Bewegung der Dunklen und der normalen Materie basiere. Weitere Beobachtungen müssen nun zeigen, ob die von dem neuen Szenario vorhergesagte und die tatsächliche Anzahl der supermassereichen Schwarzen Löcher im jungen Kosmos übereinstimmen.

Bildquelle: S. Hirano et al.

Autor: Rainer KayserE-Mail: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!