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Nr. 41

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Glossar

Universitätsdruckerei

Intergalaktisch

Schwarze Löcher gibt es vermutlich im Zentrum jeder Galaxie. Wo sie herkommen und wie sie wachsen erforscht der Kieler Astrophysiker Wolfgang Duschl in Zusammenarbeit mit amerikanischen Kollegen vom Steward Observatory in Arizona.

»Vor 20 Jahren wäre jeder Astronom einen halben Meter in die Höhe gesprungen, wenn er ein neues Schwarzes Loch entdeckt hätte«, so Duschl, der am Institut für Theoretische Physik und Astrophysik (ITAP) den Arbeitsbereich Extragalaktische Astrophysik leitet. »In den vergangenen zehn Jahren hat man jedoch erkannt, dass ein Schwarzes Loch praktisch zur Normalausstattung jeder Galaxie gehört.« Auch unsere Galaxie, die Milchstraße, beherbergt eins. Mit dieser Erkenntnis wuchs auch das Interesse daran, die Herkunft der Schwarzen Löcher aufzuklären. Denn wenn sie tatsächlich ein typisches »Merkmal« von Galaxien sind, dürften sie auch eng mit der Entwicklung von Galaxien verbunden sein. Damit können sie ein wichtiger Baustein für Modelle sein, die die Evolution und die Aktivitäten im Inneren von Galaxienkernen erklären sollen.

Beim Nachweis von Schwarzen Löchern ist man allerdings auf indirekte Methoden angewiesen, »denn sehen – im Sinne eines Portraitfotos – kann man sie nicht«, so Duschl. Kennzeichnend für Schwarze Löcher ist ihre enorme Anziehungskraft. Die ist so stark, dass sie selbst das Licht verschluckt. Aber durch ihre Anziehungskraft üben Schwarze Löcher auch einen ganz erheblichen Einfluss auf ihre Umgebung aus. Und damit kann man sie indirekt nachweisen. Durch Beobachtung der Sterne in der Nähe des galaktischen Zentrums ist es zum Beispiel gelungen, das Schwarze Loch der Milchstraße auszumessen. Die Sterne folgen Ellipsenbahnen um ein kompaktes, unsichtbares Objekt. Aus den Abständen zum Gravitationszentrum und den Umlaufzeiten der Sterne lässt sich anhand physikalischer Gesetze die Masse des unsichtbaren Zentralkörpers berechnen.

Bei entfernten Galaxien lässt sich diese Nachweismethode allerdings nicht anwenden, da Einzelsterne nicht mehr erkennbar sind. Duschl: »Hier kann man das Gas, das um das Zentrum rotiert, beobachten. Es ordnet sich in Form einer Scheibe um einen unsichtbaren Kern an. In der Scheibe kommt es zu Reibung innerhalb des Gases. Das Gas wird warm und beginnt zu strahlen. Die Umgebung der Schwarzen Löcher wird damit sichtbar.« Davon ausgehend lassen sich auch für entfernte Galaxien mit den gleichen physikalischen Gesetzen die Massen der Schwarzen Löcher ermitteln.

Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße hat eine Masse von etwa drei Millionen Sonnenmassen. Es gibt aber auch solche, in denen tausendmal mehr Masse steckt. Duschl und seine Kollegen befassen sich in Modellrechnungen mit der Frage, wie Schwarze Löcher wachsen, wie man ihre Masse feststellen kann und warum manche von ihnen tausendfach massereicher sind als andere. Sie haben auch als erste eine Erklärung dafür gefunden, warum sich diese besonders massereichen Schwarzen Löcher sehr viel schneller entwickeln als Schwarze Löcher mit einer geringeren Masse. »Es dauert also nicht etwa länger, weil man länger zusammensparen muss, sondern es geht schneller. Das hängt mit den Materialeigenschaften des Gases zusammen, das ins Innere des Schwarzen Lochs wandert«, erklärt Duschl, der neben seiner Kieler Professur auch noch eine Honorarprofessur am Steward Observatory der Universität von Arizona, im Südwesten der USA, innehat. Die Sternwarte zählt zu den bedeutendsten astrophysikalischen Forschungsstätten auf der ganzen Welt. (ne)

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