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Video der Woche: Zwei Schwarze Löcher aus einem Stern

Schwarze Löcher sind die Extreme unter den kosmischen Phänomenen: ihre Gravitationskraft ist so stark, dass ihnen nichts entkommt, nicht einmal das Licht. Die meisten Schwarze Löcher entstehen, wenn massereiche Sterne kollabieren. Doch jetzt zeigen US-Forscher, dass bei einem solchen Sternentod sogar gleich zwei Schwarze Löcher gebildet werden können. Dieses Szenario, das sie in ihrem Video simulieren, könnte auch erklären, woher die Giganten unter diesen Singularitäten kommen, die supermassereichen Schwarzen Löcher des frühen Universums.

Sie sind die größten unter den Großen und sitzen im Herzen der meisten Galaxien: supermassereiche Schwarze Löcher. In ihnen konzentrieren sich auf kleinstem Raum bis zu einer Milliarde Sonnenmassen, entsprechend gewaltig ist ihre Gravitationskraft. Nach gängiger Theorie wachsen diese Massemonster allmählich heran, indem sie nach und nach immer mehr Materie aufzehren und in einigen Fällen auch mit anderen Schwarzen Löchern verschmelzen. Doch diese langsame Entwicklung hat einen Haken: Sie erklärt nicht, woher die massereichen Schwarzen Löcher im frühen Universum stammen, aus einer Zeit weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. „Nach diesem Modell war einfach nicht genügend Zeit, damit ein Schwarzes Loch so kurz nach dem Urknall schon so massereich werden konnte“, erklärt Studienleiter Christian Reisswig vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena.

Nach Ansicht der Astronomen müssen diese frühen Massemonster schon bei ihrer Entstehung besonders massereich gewesen sein, denn Zeit zum Wachsen hatten sie kaum. Was aber war ihr Ursprung? Eine Möglichkeit wäre ein spezieller Typ von Riesensternen, der nur für kurze Zeit im jungen Kosmos existierte. Diese supermassereichen Sterne blieben stabil, solange ihre von der Kernfusion befeuerte und nach außen abgegebene Strahlung den Druck der eigenen, immensen Schwerkraft ausglich. Doch weil diese Sterne innerhalb weniger Millionen Jahre ausbrannten und abkühlten, ließ auch ihre Strahlung schnell nach. Als Folge wurden diese Sterne instabil und kollabierten.

Folgenreiche Turbulenzen im Sternenrest

An diesem Punkt setzen Reisswig und seine Kollegen an. Denn sie entwickelten ein Computermodell, das zeigt, was bei einem solchen  Kollaps geschieht. Demnach aber können sich nach dem Kollaps in dem schnell kreisenden Sternenrest Turbulenzen bilden – lokale Verdichtungen der Materie. Diese Klumpen werden immer dichter und heißer. „Und dann setzt ein interessanter Effekt ein“, erklärt Reisswig: Ab einer bestimmten Temperatur ist die Energie in diesen Klumpen so groß, dass sich darin Elektronen und ihre Antiteilchen, Positronen, kombinieren. Dies wiederum führt zu einem plötzlichen Druckverlust in den Klumpen, wodurch sich die umgebende Materie noch enger zusammenballt. Gibt es zwei solcher Klumpen im Überrest des sterbenden Sterns, dann kann die Dichte in diesen Fragmenten so stark ansteigen, dass sich aus ihnen  gleich zwei Schwarze Löcher bilden, wie die Modellsimulation der Forscher zeigt. „Das ist eine ganz neue Entdeckung“, so der Astrophysiker. Dass aus einem Stern gleich zwei Schwarze Löcher entstehen können, habe noch niemand bisher vermutet.

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Doch damit ist das Szenario noch nicht abgeschlossen. Die beiden Schwarzen Löcher im Sternenrest kreisen zunächst noch eine Weile umeinander, nähern sich dabei aber immer weiter an. Dann ist der Punkt erreicht, an dem beide zu einer einzigen Singularität verschmelzen – es entsteht ein supermassereiches Schwarzes Loch. Da dieser Prozess weniger Zeit benötigt als das gängige Szenario des langsamen Wachstums, könnte er nach Meinung der Forscher die Bildung dieser Massemonster schon im frühen Universum erklären. Noch allerdings ist auch dieses Szenario nur eine Theorie. Beweisen ließe sie sich aber, wenn Detektoren die Gravitationswellen registrieren würden, die bei dieser Verschmelzung entstehen. „Der Nachweis dieser Wellen könnte uns Informationen liefern über den Bildungsprozess der ersten supermassereichen Schwarzen Löcher im jungen Universum“, sagt Reisswig. Noch allerdings sind die existierenden Gravitationswellen-Observatorien dafür nicht leistungsfähig genug.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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