Das mittelgroße schwarze Loch und die (eventuelle) Lösung eines ungelösten Problems

Schwarze Löcher sind super. Auf jeden Fall sind sie enorm spannend, was unter anderem auch daran liegt, dass wir immer noch nicht alles über diese Dinger wissen, was wir gerne wissen wollen. Zum Beispiel: Wie entstehen die supermassereichen schwarzen Löcher, die man in den Zentren der Galaxien finden kann? Wir wissen, dass sie da sind – haben aber keine Ahnung, wie solche extremen Objekte entstehen können. Jetzt haben wir vielleicht den Anfang einer Antwort darauf: Es hat mit anderen schwarzen Löchern zu tun, die so gut wie gar nicht zu beobachten sind und vielleicht schon kurz nach dem Urknall entstanden sind.

Der Physik-Nobelpreis 2020 wurde an Reinhard Genzel und Andrea Ghez verlieren und zwar für den Nachweis, dass sich im Zentrum unserer Milchstraße ein sogenanntes “supermassereiches schwarzes Loch” befindet. Also kein schwarzes Loch, dass aus dem Kollaps eines großen, sterbenden Sterns besteht und das eine Masse von höchstens ein paar Dutzend Sonnenmassen hat. Sondern ein Objekt, dass ein paar Millionen – 4 Millionen im Fall der Milchstraße – bis zu ein paar Milliarden Sonnenmassen haben kann. Mittlerweile wissen wir, dass diese supermassereichen schwarzen Löcher auch in den Zentren anderer Galaxien sind; wir haben eines davon sogar fotografiert. Wir wissen, dass sie großen Einfluss auf die Vorgänge in den Galaxien haben können. Was wir nicht wissen: Wie sie entstehen.

Es gibt keine so gewaltigen Sterne die am Ende ihres Lebens zu einem schwarzen Loch mit millionenfacher Sonnenmasse kollabieren können. Die kann es aus rein physikalischen Gründen nicht geben; sie könnten gar nicht erst entstehen. Und damit viele kleine schwarze Löcher zu einem supermassereichen schwarzen Loch verschmelzen können, fehlt dem Universum schlicht und einfach die Zeit. Wir wissen aus Beobachtungen, dass die supermassereichen schwarzen Löcher schon recht früh im Kosmos vorhanden waren. So früh, dass nicht ausreichend viele stellare schwarze Löcher entstehen und verschmelzen hätten können. Das Problem der Entstehung supermassereicher schwarzer Löcher ist ungelöst. Aber jetzt hat man vielleicht den Ansatz einer Lösung entdeckt.

Was man gefunden hat, ist ein “intermediate-mass black hole”, ein mittelgroßes schwarzes Loch mit ungefähr der 10.000 bis 55.000fachen Masse der Sonne. Das ist spektakulär; ebenso wie die Art und Weise der Entdeckung. Man hat Gammablitze beobachtet, also enorm gewaltige Sternexplosionen die auch noch in großer Entfernung sichtbar sind. In diesem Fall lag zwischen uns und dem Gammablitz (der in einer weit entfernten Galaxien stattgefunden hat) das schwarze Loch. Seine Gravitationskraft hat das Licht der Explosion abgelenkt und kurzfristig verstärkt. Durch diesen “Gravitationslinseneffekt” hat man die Eigenschaften des schwarzen Lochs ableiten können. Die Hypothese lautet nun: Wenn es ausreichend viele dieser mittelgroßen schwarzen Löcher gibt, dann könnten sie die “Samen” sein, aus denen die supermassereichen Dinger entstehen. Aber wie entstehen diese Samen? Kurz nach dem Urknall selbst: Es könnte sich um “primordiale schwarze Löcher” handeln, also Objekte, die keine Sterne als Vorläufer haben. Durch die Quantenfluktuationen unmittelbar nach dem Urknall war die mit der Entstehung des Universums produzierte Masse nicht völlig gleich verteilt. Es gab Regionen, in denen die Dichte per Zufall ein bisschen größer als anderswo und groß genug, so dass diese Raumregionen direkt zu einem schwarzen Loch kollabiert sind. Die wären demnach von Anfang an im Universum vorhanden gewesen und so auch genug Zeit, damit sie rechtzeitig zu supermassereichen schwarzen Löchern verschmelzen können.

Ob das stimmt, wissen wir nicht. Dazu brauchen wir mehr Daten über die mittelgroßen schwarzen Löcher. In der aktuellen Studie hat man mehr als 2000 Gammablitze beobachtet; nur einer davon hat aber zur Entdeckung eines schwarzen Lochs geführt. Es muss halt zufällig alles passen, damit ein Gravitationslinseneffekt sichtbar wird… Und deswegen brauchen wir noch viel mehr Beobachtungen, wenn wir eine Chance haben wollen, mehr schwarze Löcher zu finden.

Auf jeden Fall aber ist es eine coole Entdeckung und deswegen auch das Hauptthema in der aktuellen Folge des “Das Universum”-Podcast. Darin erklären Ruth und ich (hauptsächlich Ruth) die Forschungsarbeit im Detail. Wir reden außerdem auch noch über den Mars-Hubschrauber, Fernsehserien aus den 60er Jahren und beantworten wie immer Fragen aus der Hörerschaft. Diesmal unter anderem: Kann man eine GoPro in ein schwarzes Loch schmeißen und an einem Seil wieder rausziehen (Spoiler: Nein). Hört es euch an:

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Schwarze Löcher sind super. Auf jeden Fall sind sie enorm spannend, was unter anderem auch daran liegt, dass wir immer noch nicht alles über diese Dinger wissen, was wir gerne...