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Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs

Forscher finden uralte Schwarze Löcher

Weit in den Tiefen des Alls haben Astronomen die bislang ältesten Schwarzen Löcher erspäht. Die gigantischen Massemonster sitzen versteckt im Herzen der ersten Galaxien und existierten schon weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall.

Astronomie 16.06.2011

Wegen der enormen Entfernung ist das Licht der ersten Galaxien Milliarden Jahre zur Erde unterwegs - die Astronomen um Ezequiel Treister von der Universität von Hawaii blickten mit ihren Beobachtungen entsprechend lange zurück in der Zeit.

Blick in die Vergangenheit

Schematische Darstellung der Reionisierung im frühen Universum

NASA/CXC/M.Weiss

Schematische Darstellung der Reionisierung im frühen Universum.

Die Entstehung der ersten Sterne und Schwarzen Löcher einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall markiert das Ende des sogenannten Dunklen Zeitalters. Die Objekte erhitzten und ionisierten das sie umgebende Gas. Damit wurde eine wesentliche Voraussetzung für die darauffolgende Entwicklung der Galaxien geschaffen. Diese Annahmen basieren vor allem auf theoretischen Modellen, denn Daten über die erste Generation von Objekten sind rar.

Erst in der jüngeren Vergangenheit gelingt es Astronomen mit ihren immer stärkeren Teleskopen immer weiter zurück in die Zeit vorzudringen. Dabei haben sei bereits Galaxien entdeckt, die bereits existierten, als unser Universum nur ein Bruchteil der geschätzten 13,7 Milliarden Jahre alt war. Die gigantischen Schwarzen Löcher, die sich in deren Zentren verstecken, sind allerdings bei weitem schwerer zu beobachten.

Schwarze Löcher sind Himmelsobjekte mit einer so großen Dichte, dass nicht einmal das Licht aus ihnen entweichen kann. Mit ihrer großen Schwerkraft verschlucken sie immer mehr Materie aus ihrer Umgebung und können auf diese Weise vor allem im Zentrum von Galaxien mit der Zeit zu sogenannten supermassiven Schwarzen Löchern heranwachsen. Die Massemonster verraten sich durch die Materie, die sie verschlucken. Sie heizt sich extrem auf, während sie sich dem Schwarzen Loch nähert und leuchtet dadurch hell.

Die ältesten bisher aufgespürten Schwarzen Löcher wurden lediglich indirekt gesichtet - anhand extrem hell leuchtender Galaxiekerne bzw. Quasare, die sich aus dem supermassiven Schwarzen Löcher in ihrem Zentrum speisen. Aufgrund ihrer Helligkeit sind diese vermutlich nur die Spitze des Eisbergs, unzählige Schwarze Löcher befinden sich mit großer Wahrscheinlichkeit im Verborgenen.

Symbiose mit Heimatgalaxie

Chandra Aufnahme des Deep Field South

NASA/CXC/U.Hawaii/E.Treister et al

Aufnahme des Chandra-Weltraumteleskop des sogenannten Chandra Deep Field South mit 4 Mio Sekunden Belichtung. Die meisten Lichtquellen zeigen wachsende supermassive Löcher, einige davon Milliarden Lichtjahre entfernt.

Weil sie von ihren Heimatgalaxien gut abgeschirmt werden, sind die alten Schwarzen Löcher nicht leicht zu finden. Die ständig wachsenden Objekte verbergen sich laut den Studienautoren hinter Gas und Staub, welche den Großteil der Strahlung absorbieren. Nur die energiereichste Röntgenstrahlung der hineinstürzenden Materie ließ sich in akribischer Analyse der Aufnahmen von 250 Galaxien mit dem Weltraumteleskop "Chandra" der US-Raumfahrtbehörde NASA nachweisen.

"Diese Beobachtungen zeigen, dass extrem massereiche Schwarze Löcher schon 700 bis 800 Millionen Jahre nach dem Urknall existiert haben", erläutert Treisters Teamkollegin Priyamvada Natarajan von der Yale-Universität. "Das legt nahe, dass sie entweder so massereich geboren wurden oder dass sie explosionsartig gewachsen sind. Beide Szenarien sagen uns viel mehr als wir bisher wussten. Das ist sehr aufregend."

Mit diesen Beobachtungen konnten die Astronomen jedoch sogar die frühe Wachstumsrate der Schwarzen Löcher bestimmen. Sie müssen demnach durch die gesamte kosmische Geschichte gemeinsam mit ihren Heimatgalaxien gewachsen sein, ähnlich wie dies auch aus unserer benachbarten Galaxie bekannt ist. "Die Entdeckung zeigt uns eine symbiotische Verbindung zwischen Schwarzen Löchern und ihren Galaxien, die seit Anbeginn der Zeit existiert hat", so Co-Autor Kevin Schawinski von der Yale-Universität.

science.ORF.at/APA/dpa

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