Schwarze Löcher, die eine Milliarde Mal oder mehr der Sonnenmasse entsprechen, liegen im Herzen vieler Galaxien und treiben deren Entwicklung voran. Obwohl heute üblich, hat der Nachweis von supermassiven Schwarzen Löchern, die seit den Kinderschuhen des Universums, etwa eine Milliarde Jahre nach dem Urknall, existieren, die Astronomen jahrelang verwirrt.
Wie konnten diese Riesen in der relativ kurzen Zeit, die sie bilden mussten, so massiv geworden sein? Eine neue Studie unter der Leitung von Tal Alexander vom Weizmann Institute of Science und Priyamvada Natarajn von der Yale University könnte eine Lösung bieten.
Schwarze Löcher werden oft fälschlicherweise als monströse Kreaturen angesehen, die mit enormer Geschwindigkeit Staub und Gas ansaugen. Aber das könnte nicht weiter von der Wahrheit entfernt sein (tatsächlich lassen mich die Wörter "saugen" und "schwarzes Loch" im selben Satz zusammenzucken). Obwohl sie normalerweise helle Akkretionsscheiben ansammeln - wirbelnde Gas- und Staubscheiben, die sie im gesamten beobachtbaren Universum sichtbar machen - begrenzen diese Scheiben tatsächlich die Wachstumsgeschwindigkeit.
Erstens treten Staus auf, die die Materie in einer Akkretionsscheibe in die Nähe des Schwarzen Lochs bringen und jedes andere infallierende Material verlangsamen. Zweitens erwärmt sich die Materie, wenn sie in diesen Staus kollidiert, und erzeugt Energiestrahlung, die tatsächlich Gas und Staub vom Schwarzen Loch wegtreibt.
Ein Stern oder ein Gasstrom kann sich tatsächlich auf einer stabilen Umlaufbahn um das Schwarze Loch befinden, ähnlich wie ein Planet um einen Stern umkreist. Daher ist es für Astronomen eine ziemliche Herausforderung, über Möglichkeiten nachzudenken, wie ein Schwarzes Loch zu supermassiven Ausmaßen wachsen kann.
Glücklicherweise haben Alexander und Natarajan möglicherweise einen Weg gefunden, dies zu tun: Indem sie das Schwarze Loch in einer Ansammlung von Tausenden von Sternen platzieren, können sie ohne die Einschränkungen einer Akkretionsscheibe arbeiten.
Es wird allgemein angenommen, dass sich Schwarze Löcher bilden, wenn massive Sterne mit einem Gewicht von mehreren zehn Sonnenmassen explodieren, nachdem ihr Kernbrennstoff verbraucht ist. Ohne dass der Kernofen in seinem Kern gegen die Schwerkraft drückt, bricht der Stern zusammen. Während die inneren Schichten nach innen fallen und ein Schwarzes Loch mit nur etwa 10 Sonnenmassen bilden, fallen die äußeren Schichten schneller, treffen auf die inneren Schichten und prallen in einer riesigen Supernova-Explosion zurück. Zumindest ist das die einfache Version.
Das Team begann mit einem Modell eines Schwarzen Lochs, das aus dieser Sternenexplosion entstanden ist und in eine Ansammlung von Tausenden von Sternen eingebettet ist. Ein kontinuierlicher Strom von dichtem, kaltem, undurchsichtigem Gas fiel in das Schwarze Loch. Aber hier ist der Trick: Die Anziehungskraft vieler nahegelegener Sterne führte dazu, dass sie zufällig im Zickzack verliefen und keine Akkretionsscheibe bildeten.
Ohne eine Akkretionsscheibe kann Materie nicht nur von allen Seiten besser in das Schwarze Loch fallen, sondern wird auch in der Akkretionsscheibe selbst nicht verlangsamt.
Alles in allem deutet das Modell darauf hin, dass ein Schwarzes Loch, das zehnmal so groß wie die Masse der Sonne ist, eine Milliarde Jahre nach dem Urknall auf mehr als das 10-fache der Masse der Sonne anwachsen könnte.
Das Papier wurde am 7. August in Science veröffentlicht und ist online verfügbar.
