Heidelberg – Im Zentrum der meisten, womöglich sogar aller Galaxien befinden sich nach heutigem Wissensstand Schwarze Löcher von gigantischen Ausmaßen – sogenannte supermassereiche Schwarze Löcher. Die Entstehung und Evolution dieser Giganten mit Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen ist eine offene Frage der Forschung.

Einige Wachstumsphasen lassen sich beobachten: Wenn größere Mengen an Materie in das Schwarze Loch hineinfallen, werden enorme Mengen an Licht ausgesendet und leuchten den Galaxienkern aus. Damit ist das Schwarze Loch vorübergehend zu einem Quasar geworden – zu einem der hellsten Objekte im Universum. Doch nun haben Forscher um Christina Eilers (Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg) drei junge Quasare entdeckt, die gängige Vorstellungen zum Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher ins Wanken bringen: Sie sammeln erst seit rund 100.000 Jahren Materie auf, haben aber bereits eine Masse von rund einer Milliarde Sonnenmassen.

Rätselhafte Riesen

Alle aktuellen Modelle für das Wachstum Schwarzer Löcher sagen voraus, dass eine solche Masse nur erreicht werden kann, wenn das Schwarze Loch für mindestens 100 Millionen Jahre Materie an sich zieht – und in diesem Zeitraum als Quasar leuchtet. Die drei mithilfe des W. M. Keck-Observatoriums auf Hawaii entdeckten Quasare waren aber offenbar nur über einen extrem viel kürzeren Zeitraum aktiv. "Das ist ein überraschendes Ergebnis" sagte Eilers, Erstautorin der im "Astrophysical Journal" veröffentlichten Studie. "Wir verstehen nicht, wie die supermassereichen Schwarzen Löcher dieser Quasare in so kurzer Zeit auf so große Massen anwachsen konnten."

Um festzustellen, wie lange die beobachteten Quasare bereits aktiv waren, untersuchten die Astronomen, wie diese Objekte ihre kosmische Umgebung beeinflussten. Der Fokus lag dabei auf der aufgeheizten, weitgehend durchsichtigen Nah-Zone um jeden der Quasare. "Mithilfe von Simulationen die zeigen, wie das Licht der Quasare das umgebende Gas aufheizt und ionisiert, können wir voraussagen, wie groß die Nah-Zone jedes der Quasare sein sollte" sagte Koautor Frederick Davies.

Mögliche weitere Kandidaten

Sobald der Quasar durch einfallende Materie "aktiviert" ist, wird dieser Bereich schnell größer – nach 100.000 Jahren sollten die Quasare bereits ausgedehnte Nah-Zonen besitzen. Zur Überraschung der Forscher weisen die drei Quasare allerdings ausnehmend kleine Nah-Zonen auf, was darauf hindeutet, dass die aktive Quasar-Phase nicht vor mehr als 100.000 Jahren begonnen hat.

Die Entdeckung stelle für die derzeitigen Theorien zur Entstehung Schwarzer Löcher eine große Herausforderung dar, so die Wissenschafter. Nun brauche es neue Erklärungsmodelle und weitere Beobachtungen. Eilers: "Unsere drei ungewöhnlichen Quasare könnten im Prinzip Ausnahmefälle sein – weitere Funde würden aber zeigen, dass ein signifikanter Anteil der bekannten Quasare jünger sein könnte als gedacht." Mögliche weitere Kandidaten haben die Forscher bereits im Auge. (red, 15.5.2017)