Galaxien-Entstehung: Am Anfang war das Loch

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Den Ursprung einer Galaxie bildet ein riesiges Schwarzes Loch - das folgern Astronomen aus der Beobachtung junger Sternhaufen. Die verblüffende Erkenntnis wirft jedoch gleich eine neue Frage auf: Wie entstanden dann die ersten supermassiven Schwarzen Löcher des Universums?

Was war zuerst da: die Henne oder das Ei? Astronomen haben diese Frage, bezogen auf Galaxien, jetzt beantwortet: Das Schwarze Loch kam zuerst. Beim Henne-Ei-Problem der Kosmosforschung geht es um die Frage, wie sich Galaxien in der Anfangszeit des Universums entwickelt haben. Versammelten sich erst Abertausende Sterne zu gigantischen Haufen, und bildeten sich die supermassiven Schwarzen Löcher in ihrer Mitte danach? Oder war es umgekehrt?

Bei Beobachtungen verschieden großer Galaxien hatten Astronomen in den vergangenen Jahren einen verblüffenden Zusammenhang entdeckt: Eine Galaxie ist rund 700-mal so schwer wie das supermassive Schwarze Loch in ihrem Zentrum. Auch die Milchstraße, die Galaxie in der sich unser Sonnensystem befindet, hat einen solchen Kern.

Bislang hätten praktisch alle untersuchten Sternsysteme dem 700:1-Gesetz gehorcht, sagt Fabian Walter vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. "Das ist an sich schon erstaunlich."

Abweichung von der Masse-Regel

Die verblüffende Massenrelation ließ die Astronomen rätseln. Was steckte dahinter? Ein Prozess, der eine Art Gleichgewichtspunkt erreicht? "Das konstante Verhältnis deutet darauf hin, dass Schwarzes Loch und die umgebende Galaxie einander beeinflussen, wenn sie wachsen", sagt Dominik Riechers vom California Institute of Technology in Pasadena.

Nun haben Riechers und Walter gemeinsam mit weiteren Astronomen vier junge Galaxien entdeckt, für die das 700:1-Gesetz nicht gilt. "Das Masseverhältnis schwankt zwischen 5:1 und 10:1", berichtet der Max-Planck-Forscher. Walter und seine Kollegen glauben, dass sie das kosmische Henne-Ei-Problem damit gelöst haben. "Es sieht so aus, als ob die Schwarzen Löcher zuerst da waren", sagte Chris Carilli vom National Radio Astronomy Observatory auf einem Treffen der American Astronomical Society in Long Beach (Kalifornien).

Woher kommt aber das gigantische Schwarze Loch, das sozusagen den Keim für die Galaxie bildet? "Keiner weiß genau, wie supermassive Schwarze Löcher entstehen", sagt Walter. Es gebe verschiedene Theorien, eine erklärt er selbst: "Am Anfang muss es ein kleines Schwarzes Loch geben." Die Saat dafür könnten die ersten Populationen von Sternen im Universum gebildet haben. Diese waren sehr massereich und dürften sogenannte stellare Schwarze Löcher hinterlassen haben.

Hoffnung auf neue Teleskope

Das Ursprungs-Loch könne somit nur die 100-fache Masse der Sonne gehabt haben, erklärt Walter. Dieses Schwarze Loch habe immer mehr Masse angezogen, teils sei das Material von ihm verschlungen worden, teils habe es sich in seiner Umgebung gesammelt. Das Schwarze Loch könne auch mit anderen Schwarzen Löchern fusioniert sein. "Somit wuchsen sowohl die Galaxie als auch das Schwarze Loch in ihrem Zentrum."

Eine andere Theorie besagt, dass sich das supermassive Schwarze Loch direkt aus gigantischen Gaswolken gebildet hat, die kollabiert sind. Der Umweg über massereiche Sterne, die am Ende ihrer Entwicklung zu stellaren Schwarzen Löchern schrumpfen, wäre dabei gar nicht nötig.

Um die Entwicklung von Galaxien aufzuklären, mussten die Wissenschaftler sehr weit zurück in die Universumsgeschichte blicken - mehr als 12,7 Milliarden Jahre. Der Urknall, der den Anfangspunkt markiert, passierte vor 13,7 Milliarden Jahren. Für ihre Beobachtungen nutzten die Forscher unter anderem das Very Large Array Telescope in New Mexico (USA).

Große Hoffnungen setzten die Forscher auf neue, noch leistungsfähigere Teleskope, die derzeit gebaut werden. Mit dem Expanded Very Large Array (EVLA) und dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) würden sich Empfindlichkeit und Auflösung dramatisch verbessern, sagt Caltech-Astronom Riechers. "Wir werden dann neue Details über die Anfänge des Universums erfahren."

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