Die Existenz Schwarzer Löcher in den Versionen “Fliegengewicht” und “XXL” gilt als gesichert. Die Existenz ihrer mittelschweren “Brüder” ist dagegen umstritten, nicht nur, weil es nur spärliche Beobachtungsindizien gibt, sondern auch, weil man ihren Entstehungsmechanismus bisher nur schwer erklären konnte. Mit Hilfe des Supercomputers GRAPE-6 der Universität Tokio hat ein internationales Forscherteam jetzt gezeigt, dass solch ein mittelschweres Schwarzes Loch in einem Sternenhaufen der Galaxie M 82 innerhalb von vier Millionen Jahren entstanden sein kann. Die Wissenschaftler präsentieren ihr Ergebnis im Fachmagazin Nature (Bd. 428, S. 724).
Stellare Schwarze Löcher ? die Fliegengewichte unter den Schwarzen Löchern ? entstehen beim Gravitationskollaps eines Sterns. Sie erreichen Größen zwischen zwei und zehn Sonnenmassen. Supermassive Schwarze Löcher haben dagegen eine Masse von einer Million bis einer Milliarde Mal die Masse der Sonne. Sie existieren in der Mitte von Galaxien. Auch in der Mitte unserer eigenen Milchstraße sitzt solch ein XXL-Monsterloch.
Mit dem Nasa-Röntgenteleskop Chandra hatten Astronomen vor kurzem in einem Sternenhaufen der Galaxie M 82 eine ungewöhnlich helle Röntgenstrahlquelle entdeckt. Die beobachteten Eigenschaften dieser Quelle wären am besten mit der Annahme zu erklären, es handele sich dabei um ein mittelschweres Schwarzes Loch von etwa tausend Sonnenmassen.
Simon Portegies Zwart von der Universität Amsterdam und seine Kollegen haben jetzt in einer Computersimulation gezeigt, dass in dem Sternenhaufen MGG 11 innerhalb von vier Millionen Jahren solch ein mittelschweres Schwarzes Loch entstanden sein muss. Sie “fütterten” den Computer GRAPE-6 mit den Daten aus einer hochauflösenden Aufnahme dieses Sternenhaufens.
Nach einiger Zeit wurde die Sternendichte im Zentrum des Haufens so groß, dass Kollisionen zwischen den Sternen die weitere Entwicklung des Sternenhaufens dominierten. Die Sternendichte übertraf das Millionenfache der Sternendichte in der Umgebung der Sonne. Wie bei einem Schneeballeffekt wuchs ein einzelner Stern durch die Kollisionen mit immer mehr anderen Sternen zu enormer Größe heran und kollidierte schließlich zu einem mittelschweren Schwarzen Loch.
Eine Vergleichsrechnung mit den Daten des Sternenhaufens MGG 9, der ebenfalls zur Galaxie M 82 gehört, zeigte keinen solchen Schneeballeffekt. MGG 9 hat zwar die vierfache Masse von MGG 11, hat aber gleichzeitig einen mehr als doppelt so großen Radius. In der Simulationsrechnung der Forscher brauchten die Sterne in MGG 9 etwa vier- bis fünfmal so lange, um sich im Zentrum zu konzentrieren. Während dieses Zeitraumes sind die massiven Sterne des Haufens aber bereits als Supernova explodiert und können somit nicht zur Bildung eines Schwarzen Lochs beitragen. Tatsächlich zeigen die Beobachtungen bei MGG 9 keinerlei Hinweise auf ein mittelschweres Schwarzes Loch.
Nate McCrady von der Universität von Kalifornien in Berkeley glaubt, dass das Ergebnis der Gruppe um Portegies Zwart auch die Entstehungsgeschichte der supermassiven Schwarzen Löcher erhellen könnte, weil mittelschwere Schwarze Löcher als die “Keimzellen” ihrer XXL-Verwandten gelten.
Axel Tillemans
