Das Geheimnis der supermassiven Monster des Kosmos: Was Astronomen noch immer nicht über Schwarze Löcher wissen

Supermassereiche Schwarze Löcher gehören den extremsten bekannten Objekten im Universum. Sie weisen Millionen bis Milliarden Sonnenmassen auf und dominieren die Zentren nahezu aller massereichen Galaxien. Auch unsere Milchstraße enthält ein solches Objekt: Sagittarius A* mit rund vier Millionen Sonnenmassen.

„Würde man das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, Sagittarius A*, an die Stelle der Sonne setzen, würden sein Ereignishorizont und das umgebende Gas innerhalb der Umlaufbahn des Merkur Platz finden“, erklärt Mary Ogborn, PhD-Kandidatin an der Pennsylvania State University in The Conversation.

Ogborn untersucht, wie Materie im Galaxienzentrum absorbiert oder als energiereiche Emission wieder ausgestoßen wird. „Bei einem massereicheren Schwarzen Loch wie M87* hingegen würde das gesamte Sonnensystem innerhalb des Ereignishorizonts liegen“, so die Astrophysikerin.

Unsichtbare Giganten werden vermessen

Direkt beobachten lassen sich supermassereiche Schwarze Löcher kaum. Sie sind klein im Verhältnis zur Galaxie und oft von Staub und Gas verdeckt. Bisher existieren nur wenige direkte Aufnahmen, etwa durch das Event Horizon Telescope (EHT), einem globalen Verbund von Radioteleskopen. Stattdessen würden Forschende indirekte Methoden nutzen, meint Ogborn.

Bei ruhenden Schwarzen Löchern, die aktuell keine Materie aufnehmen, analysieren sie die Bewegung der Sterne im Galaxienzentrum. Aus deren Geschwindigkeit lässt sich nämlich die Masse des Schwarzen Lochs bestimmen.

Bei aktiven Kernen, die Materie aufnehmen, kann man von den Emissionen heißer Gasscheiben auf weitere Eigenschaften schließen. So zeigt etwa die Analyse des Lichts, wie stark das Gas durch die Schwerkraft gebunden ist. Gleichzeitig erlaubt die Leuchtkraft Rückschlüsse darauf, wie viel Materie gerade einströmt.

Aktive supermassereiche Schwarze Löcher sind von sogenannten Akkretionsscheiben umgeben. Die bestehen aus extrem erhitztem Gas und Staub, die sich mit hoher Geschwindigkeit um das Zentrum drehen.

Reibung und Druck in diesen Scheiben erzeugen enorme Energiemengen. Ein Teil der Materie wird nicht verschluckt, sondern als starker Winde wieder ins All hinausgeschleudert. Solche Vorgänge können die gesamte Entwicklung einer Galaxie beeinflussen.

Rätselhafter Ursprung im frühen Universum

Besonders rätselhaft ist, wie supermassereiche Schwarze Löcher entstehen konnten. Beobachtungen zeigen, dass einige dieser kosmischen Giganten bereits im ersten Milliardstel des Universums existierten.

Andere Theorie besagen, dass sie aus den ersten massereichen Sternen hervorgingen, die nach einer Supernova kollabierten. Oder dass es direkte Kollapse riesiger Gaswolken gab, die ohne jegliche Sternphase zu Schwarzen Löchern wurden.

Beide grundlegenden Szenarien sind bisher nicht eindeutig belegt. Vor allem die Frage, wie so frühe Objekte so schnell so massereich werden konnten, muss vorerst unbeantwortet bleiben.

Galaxie oder Schwarzes Loch – was war zuerst da?

Die Beziehung zwischen Galaxien und ihren zentralen Schwarzen Löchern ist unklar. Einerseits könnten Schwarze Löcher zuerst entstanden sein – was dann die Galaxienbildung beeinflusst hat. Andererseits könnten sie erst innerhalb bereits existierender Galaxien gewachsen sein.

Aktuelle Hinweise sprechen eher für eine frühe Entstehung der Schwarzen Löcher. Doch Ogborn gibt zu bedenken: „Wie konnte sich der Rest der Galaxie entwickeln, obwohl bereits ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum existierte?“

Um diese Fragen zur Galaxienbildung klären zu können – und damit auch die Entstehung des Universums besser zu begreifen –, sind Forschende wie Ogborn so interessiert daran, hinter das Geheimnis der supermassereichen Schwarzen Löcher zu kommen.