Können supermassive Schwarze Löcher direkt aus Dunkler Materie kollabieren?

Schwarzes Loch und Dunkle Materie, das klingt auf den ersten Blick wie eine passende Kombination. Allerdings gibt es da ein Problem: die Dunkle Materie befindet sich vor allem in den Außenbereichen von Galaxien, in gewaltigen Halos. Supermassive Schwarze Löcher hingegen bilden den Kern einer Galaxie. Geht da trotzdem etwas zusammen, das zusammengehört?

Vielleicht. Was supermassive Schwarze Löcher betrifft, hat die Kosmologie noch ein Problem. Denn wie genau sie sich ursprünglich gebildet haben, ist heute eines der größten Probleme bei der Erforschung der Galaxienentwicklung. Supermassive Schwarze Löcher wurden bereits 800 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet, aber wie sie so schnell wachsen konnten, bleibt ungeklärt.

Standardmodelle gehen davon aus, dass normale baryonische Materie – die Atome und Elemente, aus denen Sterne, Planeten und alle sichtbaren Objekte bestehen – unter der Einwirkung ihrer eigenen Schwerkraft kollabiert und Schwarze Löcher bildet, die dann mit der Zeit wachsen. Eine neue Arbeit untersucht nun die mögliche Existenz stabiler galaktischer Kerne aus Dunkler Materie, die von einem verdünnten Halo aus ebensolcher Materie umgeben sind. Dabei stellen die Forscher fest, dass sich die Zentren dieser Strukturen so stark verdichten könnten, dass sie ebenfalls zu supermassiven Schwarzen Löchern kollabieren, sobald eine kritische Schwelle erreicht ist.

Dem Modell zufolge könnte dies viel schneller geschehen sein als bei anderen vorgeschlagene Entstehungsmechanismen. Dies hätte es ermöglicht, dass sich supermassive Schwarze Löcher im frühen Universum entgegen dem heutigen Verständnis vor den Galaxien, deren Zentrum sie heute bewohnen, bilden konnten.

Carlos R. Argüelles, der Forscher der Universidad Nacional de La Plata und des ICRANet, der die Untersuchung leitete, kommentiert: „Dieses neue Entstehungsszenario könnte eine natürliche Erklärung dafür bieten, wie sich supermassereiche Schwarze Löcher im frühen Universum gebildet haben, ohne dass eine vorherige Sternentstehung erforderlich ist oder dass man sich auf Saat-Löcher mit unrealistischen Akkretionsraten berufen muss.“

Eine weitere faszinierende Konsequenz des neuen Modells ist, dass die kritische Masse für den Kollaps zu einem Schwarzen Loch für kleinere Halos aus Dunkler Materie, zum Beispiel solche, die einige Zwerggalaxien umgeben, möglicherweise nicht erreicht wird. Die Autoren vermuten, dass dies dann dazu führen könnte, dass kleinere Zwerggalaxien noch immer einen zentralen Kern aus Dunkler Materie besitzen und nicht das erwartete Schwarze Loch. Ein solcher Kern aus Dunkler Materie könnte die Gravitationssignaturen eines konventionellen zentralen Schwarzen Lochs imitieren, während der äußere Halo aus dunkler Materie auch die beobachteten Rotationskurven der Galaxien erklären könnte.

Die Autoren hoffen, dass weitere Studien mehr Licht auf die Bildung von supermassiven Schwarzen Löchern in den frühesten Tagen unseres Universums werfen werden. Zudem sollte es sich lohnen, die Zentren nicht-aktiver Galaxien, einschließlich unserer eigenen Milchstraße, daraufhin zu untersuchen, ob sie solche dichten Kerne aus Dunkler Materie beherbergen könnten.

Künstlerische Darstellung der Milchstraße, eingebettet in eine größere Verteilung von unsichtbarer dunkler Materie, dem sogenannten Halo der Dunklen Materie (blau eingefärbt). (Bild: ESO / L. Calçada, Lizenz: CC-BY 4.0)

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BrandonQMorris
  • BrandonQMorris
  • Brandon Q. Morris, 54, ist Physiker und beschäftigt sich beruflich und privat schon lange mit den spannenden Phänomenen des Alls. So ist er für den redaktionellen Teil eines Weltraum-Magazins verantwortlich und hat mehrere populärwissenschaftliche Bücher über Weltraum-Themen geschrieben. Er wäre gern Astronaut geworden, musste aber aus verschiedenen Gründen auf der Erde bleiben. Ihn fasziniert besonders das „was wäre, wenn“. Sein Ehrgeiz ist es deshalb, spannende Science-Fiction-Geschichten zu erzählen, die genau so passieren könnten – und vielleicht auch irgendwann Realität werden.