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Frühes Universum

Ursprung supermassereicher Schwarzer Löcher simuliert

Kollidierende Galaxien
Computersimulationen zeigen, wie superschwere Schwarze Löcher in den ersten Milliarden Jahren des Universums entstanden sein könnten. Auslöser war demnach die Fusion von zwei massereichen Protogalaxien, die damals häufig stattgefunden haben soll. Bisher ist weit gehend unklar, wie sich die Millionen bis Milliarden Sonnenmassen schweren Objekte gebildet haben.

Kollidierende Galaxien
Kollidierende Galaxien | In einer Computersimulation verfolgten Wissenschaftler Dunkle Materie, Sterne, Gas und supermassereiche Schwarze Löcher nach der Kollision von zwei Galaxien. Dargestellt ist hier aber lediglich das Gas, wobei hellere Farben Gebiete mit höheren Dichten kennzeichnen. Die ersten zehn Bilder zeigen einen rund 330 000 Lichtjahre breiten Bereich – ungefähr der fünffache Durchmesser des sichtbaren Teils der Milchstraße. In den nächsten fünf Abbildungen wird in die zentrale Region hineingezoomt. Auf dem letzten Bild ist der innere Bereich (rund 980 Lichtjahre breit) am Ende der Simulation zu sehen. Die Auflösung der Simulation lag teilweise bei weniger als einem Lichtjahr.
Lucio Mayer von der Universität Zürich und Kollegen spielten in ihrem Computer nach, wie zwei junge massereiche Galaxien zusammenstoßen und verschmelzen. Den Simulationen zufolge kondensierten zunächst Gas und Staub im Zentrum der neuen Galaxie und formten dort eine rotierende Scheibe. Diese ist nicht stabil, und so verdichtete sich die Materie im Kern weiter.

Über einen Zeitraum von nur 100 000 Jahren wurden mehr als 100 Millionen Sonnenmassen an Gas ins Zentrum der Galaxie geschleust und formen dort eine dichte Gaswolke. Schließlich kollabierte der zentrale Bereich zu einem Schwarzen Loch, das weiterhin umgebende Materie ansaugte und stetig anwuchs. Nach 100 Millionen Jahren vereinte das computersimulierte Schwergewicht bereits eine Milliarde Sonnenmassen in sich, berichten die Forscher. Somit könnte die Kollision von zwei Galaxien im frühen Universum auf ganz natürliche Weise ein supermassereiches Schwarzen Loch hervorbringen.

Die meisten großen Galaxien beherbergen in ihrem Zentrum vermutlich ein supermassereiches Schwarzes Loch. Beobachtungen von weit entfernten aktiven Galaxienkernen, die durch die Akkretion von Materie auf ein zentrales Schwarzes Loch hell erstrahlen, zeigten, dass die Schwergewichte bereits vor weniger als einer Milliarde Jahren nach dem Urknall existierten. Bestehende Modelle zu ihrer Entstehungsgeschichte weisen bislang meist Schwächen auf, so sind beispielsweise sehr spezielle Bedingungen erforderlich. (mp)
34. KW 2010

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 34. KW 2010

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  • Quellen
Mayer, L. et al.: Direct formation of supermassive black holes via multi-scale gas inflows in galaxy mergers. In: Nature 466, S. 1082–1084, 2010.

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