Schwarze Löcher: Die sparsamsten Motoren im Universum

Schwarze Löcher haben nicht nur die Kraft, unzählige Sterne zu verschlingen. Forscher haben nun auch herausgefunden, dass sie wahre Effizienz-Meister sind: Besser als jedes Kernkraftwerk wandeln sie Materie in Energie um.

Etwas lapidar bezeichnete das amerikanisch-britische Astronomenteam die Sternenleichen als sparsamste Motoren des Universums. Gäbe es einen Automotor mit der gleichen Effizienz, könnte er mit einem Liter Benzin mehr als 410 Millionen Kilometer zurücklegen, sagte Studienleiter Steve Allen von der Stanford University bei einer Pressekonferenz der US-Raumfahrtbehörde Nasa.

Erstmals haben Forscher bestimmt, wie effizient Schwarze Löcher arbeiten. Sie verglichen die zur Verfügung stehende Materie mit der ausgestoßenen Energie neun supermassiver Schwarzer Löcher. Die Effizienz der Umwandlung von Materie in Energie entspricht demnach dem Zwanzigfachen dessen, was Atomkraftwerke leisten können.

Im Gegensatz zu früheren Untersuchungen beschränkten sich Allen und seine Kollegen nicht auf ein einzelnes Schwarzes Loch. Vielmehr untersuchten die Forscher neun dieser Giganten anhand von Daten des Röntgensatelliten "Chandra".

Tatsächlich besteht der kosmische Neunerpack, der in der Forschungsarbeit untersucht wurde, aus bislang verpönten Sternenleichen. Sie liegen 55 bis 440 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt; ihre Massen betragen zwischen 200 Millionen und drei Milliarden Sonnenmassen. Diese sehr alten Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien galten unter Astronomen als langweilig, da sie im Gegensatz zu den aktiveren sogenannten Quasaren nur sehr wenig Strahlung abgeben.

Doch offenbar wurden sie unterschätzt: "Wenn die Schwarzen Löcher ruhiger werden, verlieren sie anscheinend nicht ihre bisherige Effizienz, sondern wandeln die Materie nur in eine andere Art von Energie um", sagte Mitautor Chris Reynolds von der University of Maryland.

Jets blasen Materie weg

Die von den Forschern untersuchten Schwarzen Löcher sind von heißem Gas umgeben, das sich aufgrund der enormen Gravitation auf das Zentrum der Galaxie zubewegt. Genau diese Materie ist der Treibstoff, der die Maschine am Laufen hält, betonen die Forscher. In der Nähe des sogenannten Ereignishorizontes - dem Bereich, aus dem weder Materie noch Strahlung dem Schwarzen Loch entkommen können - wird die Energie eines Teils dieses Gases freigesetzt und in Form von extrem energiereichen Teilchenstrahlen ins Universum zurückgeschleudert. "Diese sogenannten Jets können eine Geschwindigkeit von mehr als 95 Prozent der Lichtgeschwindigkeit erreichen", sagt Reynolds.

Wie viel Energie sie enthalten, konnten die Forscher anhand der Spuren berechnen, die einzelne Jets bei ihrer Reise durch das heiße Gas rund um das Schwarze Loch hinterlassen: Sie verursachen dort riesige Blasen in der leuchtenden Materie, die auf den Chandra-Bildern deutlich zu erkennen sind.

Aus diesem Wert und der Gesamtmenge an Materie in den Galaxienzentren war es den Astronomen möglich, die Energieeffizienz ihrer Studienobjekte zu ermitteln. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schwarzen Löcher durch ihre effektive Energieproduktion unter anderem die Sternentstehung in ihrer direkten Umgebung regulieren.

Die Energieströme verhinderten, dass sich ultraheiße Gase abkühlten und neue Sterne bildeten. Deshalb sind nach Angaben der Wissenschaftler dem Wachstum der größten Galaxien Grenzen gesetzt: Sie können sich nicht ausbreiten und einfach ihre Nachbarschaft übernehmen.

stx/ddp/dpa

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Schwarze Löcher: Höchst effiziente Energieumwandlung