Illustration einer blauen Gaswolke aus Wasserstoff, die sich um einen Quasar herum angesammelt hat. Bildrechte: MDR/Max Heeke

Europäische Südsternwarte Frühstück für supermassereiche schwarze Löcher

19. Dezember 2019, 12:58 Uhr

Mit Hilfe eines neuen Instruments haben Astronomen sehr frühe Galaxien im Universum untersucht und dabei gigantische Mengen kalter Gase gefunden. Die könnten die frühen supermassereichen schwarzen Löcher gefüttert haben.

von Clemens Haug

Astronomen an der europäischen Südsternwarte (ESO) haben neue Hinweise gefunden, was quasi das Frühstück der supermassereichen schwarzen Löcher in den Zentren der Galaxien war. Die Wissenschaftler haben das Very Large Telescope (VLT) der ESO genutzt, um Licht aus der Frühzeit des Universums zu beobachten. Dabei sahen sie gewaltige Ansammlungen von kaltem Gas um die sehr frühen Galaxien vor etwa 12,5 Milliarden Jahren. Das berichtet das Forscherteam im Fachblatt "Astrophysical Journal".

Was fütterte Schwarze Löcher mit der 40-milliardenfachen Masse der Sonne?

Diese Beobachtungen könnten ein weiterer Schritt bei der Lösung eines aktuellen Rätsels der Astronomie sein. Wissenschaftler hatten erst vor relativ kurzer Zeit festgestellt, dass sogenannte supermassereiche schwarze Löcher bereits sehr früh entstanden sind. Solche Objekte befinden sich im Zentrum aller Galaxien. Im Gegensatz zu sogenannten stellaren schwarzen Löchern sind sie nicht aus sterbenden, großen Sternen entstanden.

Während stellare schwarze Löcher meist etwa fünf bis 20 Mal so viel Masse haben wie unsere Sonne, sind die supermassereichen Schwarzen Löcher tausend- oder in Ausnahmefällen sogar milliardenfach so groß. Erst vor kurzem entdeckten Wissenschaftler ein supermassereiches schwarzes Loch, welches die 40-milliardenfache Masse unserer Sonne hat.

Es gab riesige Mengen kalter Gase im Umfeld der Quasare

Zunächst war die Vermutung der Forscher, dass solche Objekte ihre Masse im Lauf der Zeit gewonnen haben. Dann aber zeigten Beobachtungen, dass sie bereits in sehr frühen Galaxien beobachtet werden können und vielleicht sogar zentral für deren Entstehung waren. Das Rätsel war also perfekt: Wie konnten solche Objekte so schnell so groß werden?

Die neue Beobachtung der ESO liefert hier ein Puzzlestück. "Wir können zum ersten Mal zeigen, dass die frühen Galaxien genügend Materie in ihrem Umfeld hatten, um sowohl die supermassiven schwarzen Löcher zu füttern, als auch sehr viele neue Sterne entstehen zu lassen", sagt der Astronom Emanuele Paolo Farina vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg.

MUSE half, schwach glimmende Gase im Umfeld der sehr hellen Quasare zu entdecken

Farina und seine Kollegen nutzten für ihre Untersuchung das neue MUSE-Instrument am VLT in Chile. Es kann durch spektroskopische Analyse schwach leuchtendes Gas aufspüren, das sich in der Umgebung extrem heller Objekte befindet. Solche Objekte sind die 31 sogenannten Quasare, die die Wissenschaftler mit MUSE beobachtet haben. Sie sind extrem hell und stammen aus der Frühzeit des Universums, nur etwa 870 Millionen Jahre nach dem Urknall (inzwischen ist der Kosmos nach aktuellem Kenntnisstand 13,8 Milliarden Jahre alt).

Die Daten zeigten, dass zwölf dieser Quasare von riesigen Gasreservoiren umgeben waren. Es handelte sich um Ringe von dichtem, kaltem Wasserstoff, der sich über 100.000 Lichtjahre um die zentralen schwarzen Löcher herum ausdehnte. Diese Wasserstoffringe waren eng mit den frühen Galaxien verbunden und lieferten die Nahrung für die Sternentstehung und das Wachstum der schwarzen Löcher.