Das Team um Ezequiel Treister von der Universität von Hawaii hat mit größtem Aufwand systematisch nach Schwarzen Löchern in der Frühphase des Kosmos gesucht. Was immer an Daten vom Hubble-Weltraumteleskop und dem Röntgensatelliten Chandra verfügbar war, haben der aus Argentinien stammende Astronom und seine Kollegen zusammengetragen. Lohn der Mühe ist eine erstaunliche Entdeckung.
"Wir haben Galaxien in einem Zustand beobachtet, als der Kosmos knapp eine Milliarde Jahre alt war. Bereits so kurz nach dem Urknall hatten sehr viele Galaxien ein Schwarzes Loch im Zentrum und zwar meist welche mit etwas weniger als einer Million Sonnenmassen. Diese Schwarzen Löcher sind die Keime für die riesigen Schwarzen Löcher, die wir heute im Kosmos sehen. Unsere Daten zeigen, dass mindestens ein Drittel, vielleicht sogar alle Galaxien im frühen Kosmos ein schnell wachsendes Schwarzes Loch im Zentrum hatten."
Schwarze Löcher sind nicht direkt zu sehen, aber die Materie, die sie verschlingen, strahlt energiereiches Röntgenlicht ab. Bisher blieb diese Strahlung aber meist hinter dichten Staubmassen verborgen. Erst jetzt lassen die empfindlichen Röntgenbeobachtungen zumindest erahnen, dass es im Kosmos schon innerhalb der ersten Milliarde Jahre hoch her ging.
"Jedes Mal, wenn zwei Galaxien verschmelzen, stürzen die Gas- und Staubmassen, die durch die Galaxien treiben, schnell ins Zentrum und lassen das Schwarze Loch anwachsen. Offenbar sind in der Frühphase des Kosmos Galaxien sehr oft verschmolzen. Unsere Daten zeigen jetzt, dass die Schwarzen Löcher in jener Zeit etwa 100 Mal schneller wuchsen, als wir gedacht haben."
Bisher kannten die Astronomen in jener Epoche nur einige wenige, extrem massereiche Schwarze Löcher und es gab allenfalls vage Ideen, wie sie so schnell zur beobachteten Größe gewachsen sind. Die neuen Daten zeichnen jetzt ein recht klares Bild vom Werdegang der gefräßigen Himmelskörper, freut sich Marta Volonteri, Astronomin an der Universität von Michigan in Ann Arbor:
"Die Galaxie sagt dem Schwarzen Loch, wie sehr es wachsen kann. Galaxie und Schwarzes Loch leben in einer Symbiose. Sie beeinflussen sich gegenseitig. Ist das Schwarze Loch anfangs noch sehr klein, kann es viel Gas und Staub verschlingen. Ist es dagegen schon sehr groß, gibt seine Umgebung so viel Strahlung ab, dass die Galaxie viel Gas verliert und das Wachstum deutlich nachlässt – dann sitzt das große fette Schwarze Loch fast immer auf Diät."
So erstaunlich die jetzt gewonnenen Daten auch sind. Sie reichen nicht aus, um zu verstehen, wie die ersten Schwarzen Löcher im Weltall entstanden sind, bedauert Marta Volonteri.
"Wir haben zwei Modelle: Nach dem einen sind die allerersten Sterne im Kosmos sehr schnell explodiert und haben dabei Schwarze Löcher von einigen hundert Sonnenmassen zurückgelassen. Nach dem anderen sind die inneren Bereiche der gerade entstehenden Galaxien einfach kollabiert und haben so Schwarze Löcher von einigen hunderttausend Sonnenmassen gebildet. Leider verwischen die Spuren der Entstehung sehr schnell, wenn die Schwarzen Löcher weiter wachsen. Wir müssen mit unseren Beobachtungen noch weiter zurück Richtung Urknall, um zu entscheiden, welches der Modelle zutrifft."
Offenbar haben sich die ersten Schwarzen Löcher schon wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet. Doch diese Phase des Kosmos lässt sich nur erkunden, wenn man die Belichtungszeit des Chandra-Röntgenteleskops auf mindestens ein Jahr erhöht. Sollten die Astronomen tatsächlich Chandra so lange nutzen dürfen, könnten sie zusehen, wie im ganz jungen Kosmos die ersten Schwarzen Löcher aufgetaucht sind.
"Wir haben Galaxien in einem Zustand beobachtet, als der Kosmos knapp eine Milliarde Jahre alt war. Bereits so kurz nach dem Urknall hatten sehr viele Galaxien ein Schwarzes Loch im Zentrum und zwar meist welche mit etwas weniger als einer Million Sonnenmassen. Diese Schwarzen Löcher sind die Keime für die riesigen Schwarzen Löcher, die wir heute im Kosmos sehen. Unsere Daten zeigen, dass mindestens ein Drittel, vielleicht sogar alle Galaxien im frühen Kosmos ein schnell wachsendes Schwarzes Loch im Zentrum hatten."
Schwarze Löcher sind nicht direkt zu sehen, aber die Materie, die sie verschlingen, strahlt energiereiches Röntgenlicht ab. Bisher blieb diese Strahlung aber meist hinter dichten Staubmassen verborgen. Erst jetzt lassen die empfindlichen Röntgenbeobachtungen zumindest erahnen, dass es im Kosmos schon innerhalb der ersten Milliarde Jahre hoch her ging.
"Jedes Mal, wenn zwei Galaxien verschmelzen, stürzen die Gas- und Staubmassen, die durch die Galaxien treiben, schnell ins Zentrum und lassen das Schwarze Loch anwachsen. Offenbar sind in der Frühphase des Kosmos Galaxien sehr oft verschmolzen. Unsere Daten zeigen jetzt, dass die Schwarzen Löcher in jener Zeit etwa 100 Mal schneller wuchsen, als wir gedacht haben."
Bisher kannten die Astronomen in jener Epoche nur einige wenige, extrem massereiche Schwarze Löcher und es gab allenfalls vage Ideen, wie sie so schnell zur beobachteten Größe gewachsen sind. Die neuen Daten zeichnen jetzt ein recht klares Bild vom Werdegang der gefräßigen Himmelskörper, freut sich Marta Volonteri, Astronomin an der Universität von Michigan in Ann Arbor:
"Die Galaxie sagt dem Schwarzen Loch, wie sehr es wachsen kann. Galaxie und Schwarzes Loch leben in einer Symbiose. Sie beeinflussen sich gegenseitig. Ist das Schwarze Loch anfangs noch sehr klein, kann es viel Gas und Staub verschlingen. Ist es dagegen schon sehr groß, gibt seine Umgebung so viel Strahlung ab, dass die Galaxie viel Gas verliert und das Wachstum deutlich nachlässt – dann sitzt das große fette Schwarze Loch fast immer auf Diät."
So erstaunlich die jetzt gewonnenen Daten auch sind. Sie reichen nicht aus, um zu verstehen, wie die ersten Schwarzen Löcher im Weltall entstanden sind, bedauert Marta Volonteri.
"Wir haben zwei Modelle: Nach dem einen sind die allerersten Sterne im Kosmos sehr schnell explodiert und haben dabei Schwarze Löcher von einigen hundert Sonnenmassen zurückgelassen. Nach dem anderen sind die inneren Bereiche der gerade entstehenden Galaxien einfach kollabiert und haben so Schwarze Löcher von einigen hunderttausend Sonnenmassen gebildet. Leider verwischen die Spuren der Entstehung sehr schnell, wenn die Schwarzen Löcher weiter wachsen. Wir müssen mit unseren Beobachtungen noch weiter zurück Richtung Urknall, um zu entscheiden, welches der Modelle zutrifft."
Offenbar haben sich die ersten Schwarzen Löcher schon wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet. Doch diese Phase des Kosmos lässt sich nur erkunden, wenn man die Belichtungszeit des Chandra-Röntgenteleskops auf mindestens ein Jahr erhöht. Sollten die Astronomen tatsächlich Chandra so lange nutzen dürfen, könnten sie zusehen, wie im ganz jungen Kosmos die ersten Schwarzen Löcher aufgetaucht sind.