Schwarze Löcher stoppen Sternbildung

Illustration eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie (Grafik: NASA/JPL-Caltech)

Schon länger vermuten Astronomen, dass die massereichen Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien eine wichtige Rolle für deren Entwicklung und Wachstum spielen. Doch wie dieser Einfluss aussieht, blieb bisher unklar. Jetzt haben Forscher bei der Vermessung naher Galaxien einen auffallenden Zusammenhang entdeckt: Je größer das Schwarze Loch ist, desto stärker ist zwar die anfängliche Sternbildung, aber desto früher und schneller stoppt sie auch wieder.

Ob unsere Milchstraße oder andere massereiche Galaxien: Jede dieser Sternenansammlungen besitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch in seinem Zentrum, das Millionen Sonnenmassen in sich vereint. Obwohl diese kosmischen Giganten selbst unsichtbar bleiben, bestimmt ihre Schwerkraft die Bewegung der Sterne in der Galaxie. Bei einigen Galaxien schluckt das Schwarze Loch zudem aktiv Materie und erzeugt dabei als aktiver Galaxienkern starke Strahlung und Teilchenströme. Schon vor einiger Zeit fiel den Astronomen zudem eine Korrelation auf: Die Masse des zentralen Schwarzen Lochs und der umgebenden Galaxie scheint proportional zueinander zu sein: Je massereicher das Schwarze Loch, desto sternenreicher ist auch die Galaxie. Dieser Zusammenhang legt nahe, dass es zwischen beiden Aspekten einen kausalen Zusammenhang gegen muss.

Aber in welcher Form? Kontrolliert das schwarze Loch das Wachstum der Galaxie? Oder begrenzt die Galaxie irgendwie die Masse ihres Zentralobjekts? "Wir haben solche Feedbacks in unsere Modelle eingebaut, ohne wirklich zu wissen, was vor sich geht", erklärt Koautorin Jean Brodie von der University of California in Santa Cruz. "Denn es fehlten bisher direkte Belege für eine solche Koevolution von supermassereichen Schwarzen Löchern und ihren Galaxien." Für ihre Studie haben die Astronomen nun die Lichtspektren von Sternen in 74 Galaxien im nahen Kosmos analysiert, für die die Masse des zentralen Schwarzen Lochs bekannt ist. Anhand der Spektren konnten sie rekonstruieren, wie alt die Sterne sind und wie die Sternbildung in diesen Galaxien ablief.

Abgewürgte Sternbildung

Dabei zeigte sich ein überraschender Zusammenhang: Je massereicher das Schwarze Loch einer Galaxie war, desto stärker war zwar die Sternbildung in ihrer Anfangsphase, sie stoppte aber auch schneller und früher. Im Durchschnitt erreichten deshalb Galaxien mit besonders massereichen Schwarzen Löchern 99 Prozent ihrer endgültigen Masse rund vier Milliarden Jahre früher als Galaxien mit weniger großen Zentren. "Bei den Galaxien mit einem massereicheren Schwarzen Loch wurde die Sternbildung früher und schneller gestoppt als bei denen mit kleineren Schwarzen Löchern", erklärt Erstautor Ignacio Martin-Navarro von der University of California in Santa Cruz. "Dieser Zusammenhang gilt für alle Generationen von Sternen im Leben einer Galaxie." Wie die Astronomen erklären, ist dies der erste Beobachtungsbeweis für einen solchen Einfluss des Schwarzen Lochs auf die Galaxienentwicklung.

In welcher Form jedoch das Schwarze Loch genau auf die Sternbildung wirkt, ist bisher unklar. "Es gibt verschiedene Wege, durch die ein Schwarzes Loch Energie in die Galaxie freisetzen kann und Theoretiker haben verschiedenen Ideen dazu, wie das Abstoppen der Sternbildung passiert", erklärt Koautor Aaron Romanowsky von der San Jose State University. Die Astronomen vermuten, dass die aktiven Phasen des zentralen Schwarzen Lochs eine entscheidende Rolle spielen könnten. Denn wenn dieses als aktiver Galaxienkern viel Materie ansaugt, führt dies zu Veränderungen in seiner kosmischen Umgebung, die die Sternbildung beeinträchtigen können.

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