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Astronomie: Das Rätsel der Schwarzen Löcher

Schwarze Löcher gehören sicher zu den Dingen, die fast jeder kennt, aber kaum einer genau erklären kann. Auch Forscher haben bis heute nicht alle Rätsel um das Phänomen gelöst. Eine der entscheidenden Fragen: Was war zuerst da - Schwarze Löcher oder Galaxien?

Von Guido Meyer

Kosmologen sind einem Rätsel unseres Universums womöglich einen Schritt näher gekommen. Es geht um die alte Frage, wer zuerst da war - die Henne oder das Ei. Übertragen auf das Weltall heißt das: Sind nach dem Urknall zuerst die Schwarzen Löcher entstanden und haben die Sterne angezogen, oder traten zunächst die Galaxien auf den Plan, in deren Mitte dann unter dem Einfluss der Schwerkraft ein Schwarzes Loch gezündet hat?

"Wir beobachten, dass die Masse der Schwarzen Löcher proportional ist zur Masse der sie umgebenen Sterne. Wir verstehen jedoch nicht, wie diese Beziehung zustande kommt", erklärt der französische Astronom Emanuele Daddi vom Commissariat a l'Energie Atomique in Paris. Das heißt: Je schwerer und massereicher ein Schwarzes Loch, desto größer ist seine Anziehungskraft. Und je größer seine Anziehungskraft, desto mehr Sterne geraten in seinen Einflussbereich.

Beobachtet hatten Kosmologen diese Abhängigkeit schon seit einiger Zeit. Worauf sie beruht, ist jedoch ein Rätsel. "Es scheint in der Frühzeit des Universums einen Prozess gegeben zu haben, der dafür gesorgt hat, dass sich Schwarze Löcher und Galaxien parallel entwickeln", so der Erklärungsversuch Daddis. Offensichtlich sei es ein und dieselbe Kraft gewesen, die Schwarze Löcher massereich werden und Galaxien entstehen ließ.

Unverstandenes Universum

Aber was war zuerst da? Ein Forscher-Team um Dominik Riechers vom California Institute of Technology in Pasadena hat dazu solche Schwarzen Löcher untersucht, die sich in der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall gebildet haben - also die allerersten Schwarzen Löcher im Universum überhaupt. Heute ist unser Weltall etwa vierzehnmal so alt. Die Fragestellung der Kosmologen war, ob das Verhältnis von Schwarzen Löchern und Galaxien in dieser Frühphase des Weltraums sich ebenfalls schon entsprach. Bestand also schon gleich zu Beginn die wechselseitige Abhängigkeit von massereichen Schwarzen Löcher und der Masse der sie umgebenden Galaxie, wie Astronomen sie heute im nahen Universum beobachten? "Überraschenderweise haben wir entdeckt, dass die Sternenmasse in den Galaxien um diese Schwarzen Löcher zehn- bis zwanzigmal kleiner war, als wir es heute beobachten", so der deutsche Astronom. Während die Schwarzen Löcher also bereits massereich waren, wurden sie in der Anfangszeit des Weltalls nur von relativ wenig Sternen umkreist. "Das war unerwartet, weil die Standardtheorien davon ausgehen, dass beide Komponenten - Galaxien und Schwarze Löcher - gleichzeitig wachsen."

Tun sie aber nicht. In den ersten Millionen Jahren des Weltalls waren die Schwarzen Löcher schon so massiv und schwer, dass jedes einzelne die Masse von mehreren Milliarden Sonnen hatte. Sie waren jedoch von relativ wenigen Sternen umgeben - weniger, als ihnen bei dieser Masse und der entsprechenden Anziehungskraft eigentlich zuständen. Die Schwarzen Löcher müssten demnach vor den Galaxien auf den Plan getreten sein.

Die Kinderstube des Kosmos

Diese Erkenntnis wirft die nächste Frage auf: Durch welche Massen wurden die ersten Schwarzen Löcher erst zu solchen? Was war sozusagen ihre Nahrungsquelle, wenn es noch nicht die Galaxien waren, die sich zu diesem Zeitpunkt noch gar nicht in dieser Vielzahl gebildet hatten? "Wahrscheinlich gab es im frühen Universum Dichte-Schwankungen bei der Masseverteilung", vermutet Riechers. Die Materie war nach dem Urknall und nach der Abkühlung des soeben entstandenen Universums nicht gleichmäßig verteilt. Es herrschte also ein Ungleichgewicht, weil sich Materie zufällig sammelte. Da die Gravitation die treibende Kraft im Universum ist, wuchsen diese Materieansammlungen durch ihre eigene Anziehungskraft immer weiter an. So seien Bedingungen geschaffen worden, aus denen Schwarze Löcher bevorzugt hätten entstehen können. Die ersten Schwarzen Löcher bildeten sich also als direkte Konsequenz der Masseverteilung nach dem Urknall. Erst nachdem sich Galaxien gebildet hatten, zündete dann wohl die zweite Generation von Schwarzen Löchern, die aus ausgebrannten Sternen entstanden sind.

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