Wie Quasare im jungen Kosmos entstanden

Knapp eine Milliarde Jahre nach dem Urknall leuchteten im jungen Kosmos bereits die ersten Quasare, also aktive Galaxienkerne, auf. Doch wie diese supermassereichen Schwarzen Löcher in – astronomisch gesehen – so kurzer Zeit entstanden sind, war bislang unklar. Mithilfe von Computersimulationen fanden Astronomen nun eine mögliche Erklärung: Zunächst verdichteten sich Ströme aus kaltem, turbulentem Gas in den entstehenden Galaxien zu den ersten Schwarzen Löchern mit zehn- bis hunderttausend Sonnenmassen. Wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“ berichten, wuchsen diese Objekte dann zu den hell leuchtenden, supermassereichen Schwarzen Löchern an.

Im heutigen Kosmos beherbergt nahezu jede Galaxie in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch mit der millionen- bis milliardenfachen Masse unserer Sonne. Zunächst dachten Astronomen, die Schwarzen Löcher würden im Lauf der kosmischen Geschichte mehr oder weniger gleichmäßig an Masse zunehmen, da sie aufgrund ihrer enormen Schwerkraft Materie aus ihrer Umgebung anziehen. Diese Vorstellung musste jedoch korrigiert werden, als Forscher zahlreiche Quasare im jungen Kosmos aufspürten. Denn auch bei Quasaren handelt es sich um supermassereiche Schwarze Löcher, in die Materie einströmt und sich dabei erhitzt – deshalb leuchten Quasare heller als die Galaxien, in deren Zentren sie stehen.

„Die Voraussetzung für das Entstehen von Quasaren ist, dass es bereits Schwarze Löcher mit zehn- bis hunderttausend Sonnenmassen gibt. Für deren Entstehung gab es bislang keine schlüssige Erklärung“, erläutern Muhammad Latif von der Universität der Vereinigten Arabischen Emirate und seine Kollegen. Zwar gibt es bestimmte Bedingungen, unter denen diese Schwarzen Löcher entstehen können, doch sie treten viel zu selten auf, um die Häufigkeit der Quasare im jungen Kosmos zu erklären. Nun gelang es den Astronomen allerdings, mithilfe von hochauflösenden Computersimulationen das Entstehen der ersten Schwarzen Löcher zu erklären: Während die Galaxien im jungen Kosmos entstanden, strömte kühles Gas in sie ein und führte dort zu starken Turbulenzen. Diese Verwirbelungen verhinderten, dass sich aus dem Gas, wie sonst üblich, Sterne bildeten.

Erst als das angesammelte kühle Gas eine Masse von 30 000 bis 40 000 Sonnenmassen erreichte, kollabierte die dichte Gaswolke unter ihrer eigenen Schwerkraft und bildete ein entsprechend großes Schwarzes Loch. Diese Objekte dienten dann als Ausgangspunkte für die Quasare, berichten Latif und seine Kollegen. Zudem zeigte sich, dass dieser Prozess häufig genug auftritt, um auch die Anzahl der Quasare zu erklären. „Die ersten Quasare waren also eine natürliche Konsequenz der Strukturbildung im jungen Kosmos“, so die Forscher.