Die Vorläufer supermassiver schwarzer Löcher könnten im jungen Universum unter viel häufigeren Bedingungen entstanden sein, als es die üblichen Szenarien vorsehen.
Sehr weit entfernte Quasare beherbergen gewaltige schwarze Löcher, obwohl das Universum offenbar noch zu jung dafür ist: Die Geschwindigkeit ihrer Entstehung stellt Astrophysiker vor ein Rätsel. Um schnell eine solche Masse zu erreichen, könnten diese Objekte ihr Wachstum aus bereits sehr massereichen „Samen“ begonnen haben.
Künstlerische Darstellung mehrerer primordialer Sterne.
Bildnachweis: NASA/WMAP Science Team
Ein möglicher Ansatz führt über übergroße primordialer Sterne. Damit sie entstehen können, muss eine große Menge Gas schnell in das Zentrum eines jungen Materiehalos fallen. Dieses Gas kann dann einen Stern speisen, der eine Masse von Zehntausenden Sonnenmassen erreicht, bevor er rasch ein massereiches schwarzes Loch hervorbringt – den lange gesuchten massereichen Samen.
Doch so einfach ist es nicht: Wenn sich Wasserstoffmoleküle bilden, verstärken sie eine allgemeine Abkühlung und begünstigen die Entstehung zahlreicher kleinerer Sterne, wodurch die Bildung dieser Riesensterne verhindert wird. Eine bestimmte ultraviolette Strahlung kann diese Moleküle jedoch aufbrechen: Das Gas bleibt dadurch heiß und strömt weiter in Richtung des Zentrums des Materiehalos.
Die Forschenden führten 65 detaillierte Simulationen von 15 primordialen Halos durch. Sie variierten die Intensität dieser Strahlung sowie die Wachstumsgeschichte jedes Halos. Ihr Ziel war es, die Bedingungen zu bestimmen, unter denen ein ausreichend schneller Gaszufluss aufrechterhalten werden kann, um einen supermassereichen Stern zu bilden.
Die Simulationen zeigen einen Übergang, sobald die Strahlung mäßig bis stark wird. Oberhalb eines bestimmten Niveaus wird der Gasstrom ausreichend stark, und die geschätzten Sternmassen können dann etwa das 100.000-Fache der Sonnenmasse erreichen.
Diese Schwelle ist wichtig, um die mögliche Anzahl der Samen in einem bestimmten Raumvolumen abzuschätzen. Umgebungen, die einer mittleren ultravioletten Strahlung ausgesetzt sind, kommen naturgemäß deutlich häufiger vor als Regionen mit hoher Strahlungsintensität. Eine ausreichend niedrige Schwelle könnte die Menge der gebildeten Samen erheblich erhöhen.