"Weißt du, wie viel' Sternlein stehen?" fragt das Kinderlied, doch die Astronomen interessiert viel mehr die Frage: "Weißt du, seit wann und wie die Sternlein stehen?" Volker Bromm, aus Deutschland stammender Astronom an der Harvard University, glaubt zu wissen, wann dem Universum das erste Licht aufging:
Einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Ganz am Anfang nach dem Urknall war das Universum im Grunde recht langweilig. Es war eine ganz gleichförmige Mischung aus Materie und Strahlung. Es dauerte einige hundert Millionen Jahre, bis die Gravitation, die Schwerkraft, Klumpen erzeugt hatte. Aus diesen Klumpen haben sich dann die ersten Sterne gebildet. Man hat die Vorstellung, dass die ersten Sterne ganz anders waren als Sterne im Universum heute, wie unsere Sonne. Unsere Sonne ist ein ganz typischer Stern. Die Idee ist, dass im frühen Universum die Sterne viel, viel schwerer, viel massereicher waren als die Sonne, vielleicht 100 Mal massereicher.
Solch stellare Schwergewichte sind schon nach wenigen Millionen Jahren als Supernova explodiert - und haben dabei die ersten Schwarzen Löcher im All gebildet. Im Laufe der Zeit verschlangen die Schwarzen Löcher immer mehr Materie oder verschmolzen miteinander. Die Schwarzen Löcher wurden also immer größer, aber mit dieser Eichhörnchen-Taktik lassen sich nicht die extrem massereichen Schwarzen Löcher erklären, die viele Millionen mal so viel Masse haben wie Sonne und die es bereits eine Milliarde Jahre nach dem Urknall gab - wie die Astronomen mit Großteleskopen beobachten. Aus den "normalen" Schwarzen Löchern der ersten Sterne können die massereichen Exemplare nicht entstanden sein, räumt Volker Bromm ein:
Wenn wir vielleicht mit 100 Sonnenmassen anfangen, dann können wir nie genügend wachsen. Wir müssen vielleicht irgendwie einen Mechanismus finden, der uns ermöglicht schon gleich am Anfang diese 100.000 Sonnenmassen zu haben. Die Chance, die wir vielleicht haben, ist, dass wir so ein massereiches Schwarzes Loch von 100.000 Sonnenmassen gleich am Anfang bilden können, zu der Zeit, wenn wir die ersten Zwerggalaxien bauen.
Die ersten Zwerggalaxien waren riesige Gaswolken von etwa 100 Millionen Sonnenmassen, die auch jede Menge Dunkle Materie enthielten. Sie haben sich schon knapp eine halbe Milliarde Jahre nach dem Urknall geformt und neigten dank der damals noch recht einfachen Chemie zur kosmischen Sturzgeburt:
Diese Objekte haben vielleicht die Chance gehabt, diese 100.000-Sonnenmassen-Schwarzen-Löcher in einem Schwung zu bilden. Der Grund ist: Wir brauchen eine Möglichkeit, Sternentstehung zu vermeiden. Wir haben einen Mechanismus, der viel Gas zusammenbringt, ohne dass wir auch Sterne bilden. Denn wann immer wir Sterne bilden, wird das Gas aufgemischt und wieder nach außen getrieben durch die Winde, durch die energetischen Einflüsse. Wir brauchen also Materieeinfall in das Zentrum des Dunkle-Materie-Halos ohne Sternentstehung. Vielleicht können wir das nur erreichen in diesen ersten Zwerggalaxien.
Die Zwerggalaxien waren zu groß, um zunächst Sterne zu bilden. So bildeten sie die ersten massereichen Schwarzen Löcher - und legten damit gleichsam die Grundsteine der heute beobachteten großen Galaxien wie der Milchstraße. Wie riesige Staubsauger verschlangen diese Schwarzen Löcher viel der sie umgebenden Materie, die beim Hineinstürzen noch einmal kräftig aufleuchtete:
Wenn die Schwarzen Löcher einmal anfangen zu wachsen, dann schütten die gewaltige Energiemengen in ihre Umgebung aus. Dadurch wird irgendwann auch der Materieeinstrom in das Schwarze Loch abgeschaltet. Diese Schwarzen Löcher, die an Masse gewinnen, graben sich selber das Wasser ab.
Die Hungerkur eines Schwarzen Lochs dauerte in der Frühphase des Kosmos nie sehr lange. Dann lieferte der nächste Zusammenstoß mit einer Zwerggalaxie Nachschub an Gas und Sternen. Wie ein stotternder Motor haben sich die Schwarzen Löcher dann beim Verschmelzen mit immer neuen Objekten groß gefressen - und ganz nebenbei haben sich um sie herum gigantische Sternsysteme gebildet: Für große Galaxien wie unsere Milchstraße waren Schwarze Löcher wichtige Geburtshelfer.
Einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Ganz am Anfang nach dem Urknall war das Universum im Grunde recht langweilig. Es war eine ganz gleichförmige Mischung aus Materie und Strahlung. Es dauerte einige hundert Millionen Jahre, bis die Gravitation, die Schwerkraft, Klumpen erzeugt hatte. Aus diesen Klumpen haben sich dann die ersten Sterne gebildet. Man hat die Vorstellung, dass die ersten Sterne ganz anders waren als Sterne im Universum heute, wie unsere Sonne. Unsere Sonne ist ein ganz typischer Stern. Die Idee ist, dass im frühen Universum die Sterne viel, viel schwerer, viel massereicher waren als die Sonne, vielleicht 100 Mal massereicher.
Solch stellare Schwergewichte sind schon nach wenigen Millionen Jahren als Supernova explodiert - und haben dabei die ersten Schwarzen Löcher im All gebildet. Im Laufe der Zeit verschlangen die Schwarzen Löcher immer mehr Materie oder verschmolzen miteinander. Die Schwarzen Löcher wurden also immer größer, aber mit dieser Eichhörnchen-Taktik lassen sich nicht die extrem massereichen Schwarzen Löcher erklären, die viele Millionen mal so viel Masse haben wie Sonne und die es bereits eine Milliarde Jahre nach dem Urknall gab - wie die Astronomen mit Großteleskopen beobachten. Aus den "normalen" Schwarzen Löchern der ersten Sterne können die massereichen Exemplare nicht entstanden sein, räumt Volker Bromm ein:
Wenn wir vielleicht mit 100 Sonnenmassen anfangen, dann können wir nie genügend wachsen. Wir müssen vielleicht irgendwie einen Mechanismus finden, der uns ermöglicht schon gleich am Anfang diese 100.000 Sonnenmassen zu haben. Die Chance, die wir vielleicht haben, ist, dass wir so ein massereiches Schwarzes Loch von 100.000 Sonnenmassen gleich am Anfang bilden können, zu der Zeit, wenn wir die ersten Zwerggalaxien bauen.
Die ersten Zwerggalaxien waren riesige Gaswolken von etwa 100 Millionen Sonnenmassen, die auch jede Menge Dunkle Materie enthielten. Sie haben sich schon knapp eine halbe Milliarde Jahre nach dem Urknall geformt und neigten dank der damals noch recht einfachen Chemie zur kosmischen Sturzgeburt:
Diese Objekte haben vielleicht die Chance gehabt, diese 100.000-Sonnenmassen-Schwarzen-Löcher in einem Schwung zu bilden. Der Grund ist: Wir brauchen eine Möglichkeit, Sternentstehung zu vermeiden. Wir haben einen Mechanismus, der viel Gas zusammenbringt, ohne dass wir auch Sterne bilden. Denn wann immer wir Sterne bilden, wird das Gas aufgemischt und wieder nach außen getrieben durch die Winde, durch die energetischen Einflüsse. Wir brauchen also Materieeinfall in das Zentrum des Dunkle-Materie-Halos ohne Sternentstehung. Vielleicht können wir das nur erreichen in diesen ersten Zwerggalaxien.
Die Zwerggalaxien waren zu groß, um zunächst Sterne zu bilden. So bildeten sie die ersten massereichen Schwarzen Löcher - und legten damit gleichsam die Grundsteine der heute beobachteten großen Galaxien wie der Milchstraße. Wie riesige Staubsauger verschlangen diese Schwarzen Löcher viel der sie umgebenden Materie, die beim Hineinstürzen noch einmal kräftig aufleuchtete:
Wenn die Schwarzen Löcher einmal anfangen zu wachsen, dann schütten die gewaltige Energiemengen in ihre Umgebung aus. Dadurch wird irgendwann auch der Materieeinstrom in das Schwarze Loch abgeschaltet. Diese Schwarzen Löcher, die an Masse gewinnen, graben sich selber das Wasser ab.
Die Hungerkur eines Schwarzen Lochs dauerte in der Frühphase des Kosmos nie sehr lange. Dann lieferte der nächste Zusammenstoß mit einer Zwerggalaxie Nachschub an Gas und Sternen. Wie ein stotternder Motor haben sich die Schwarzen Löcher dann beim Verschmelzen mit immer neuen Objekten groß gefressen - und ganz nebenbei haben sich um sie herum gigantische Sternsysteme gebildet: Für große Galaxien wie unsere Milchstraße waren Schwarze Löcher wichtige Geburtshelfer.