Schwarze Löcher als galaktische Gasheizung

XMM-Aufnahme des Gebiets um die Galaxie M 87

Schwarze Löcher, Millionen bis Milliarden Mal massereicher als die Sonne, befinden sich wahrscheinlich in den Zentren der meisten Galaxien. Eine Vielzahl an wissenschaftlichen Daten haben die Astronomen mittlerweile über diese Exoten im Universum gesammelt. Doch erst in jüngster Zeit wird immer deutlicher, dass Schwarze Löcher eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung der Galaxien gespielt haben. Max-Planck-Forscher haben mit Hilfe des europäischen Röntgenobservatoriums XMM-Newton mehr Licht in diese dunkle Seite des Universums gebracht.

Galaxien wie unsere Milchstraße sind keine Einzelgänger. Sie haben sich in großen Gruppen angesammelt, die im Extremfall mehrere tausend Mitglieder umfassen können. Nahe am Zentrum fast jedes großen Haufens befindet sich eine Riesengalaxie. Der Raum zwischen den Galaxien ist nicht gänzlich leer, wie es auf Bildern im Bereich des sichtbaren Lichts den Anschein hat. Vielmehr existiert dort ein sehr fein verteiltes Gas. Da es viele Millionen Grad heiß ist, strahlt es jedoch ausschließlich im Röntgenlicht – ein beobachterisch schwer zugänglicher Bereich, da die Erdatmosphäre diese energiereiche Strahlung absorbiert.

Die Entdeckung dieses intergalaktischen Gases in den siebziger Jahren führte zehn Jahre später zu einer Theorie, die bis heute heiß umstritten blieb: Britische Astrophysiker zogen damals den Schluss, dass das Gas zunächst in das Zentralgebiet des Haufens strömt, wo die massereiche Galaxie mit ihrem starken Schwerkraftfeld ihre Umgebung dominiert. Dort kühlt es sich innerhalb von höchstens einer Milliarde Jahren ab und „kondensiert“ zu neuen Sterne aus. Die Fachleute sprachen von cooling flows. Aus den damals vorhandenen Messdaten schätzten die Forscher ab, dass auf diese Weise in Extremfällen jedes Jahr mehr als tausend neue Sterne in den cooling flows entstehen. Eine unglaublich hohe Rate im Vergleich zu einer durchschnittlichen Spiralgalaxie wie der Milchstraße, in der jährlich etwa ein neuer Stern aufleuchtet. Dieser prognostizierte Vorgang müsste demnach die Entwicklung von Galaxienhaufen ganz erheblich beeinflussen.

Diese Aufsehen erregende Theorie hatte indes einen Haken: Weder das kühle Gas selbst noch die darin entstehenden jungen Sterne ließen sich nachweisen. Verfechter der Theorie erdachten daher immer neue Hypothesen, um die Diskrepanz zwischen Theorie und Beobachtung zu erklären. So wurde beispielsweise vermutet, dass die Sternentstehung in den cooling flows anders abläuft als es von unserer Milchstraße und anderen Galaxien her bekannt ist. Insbesondere sollten fast ausschließlich massearme Sterne entstehen, die sich aus größerer Entfernung nicht von einer alten Sternpopulation unterscheiden lässt, wie sie in der Zentralgalaxie vorhanden ist. Das widersprach hingegen aller Erfahrung.

Das Paradoxon blieb bestehen: Das heiße Gas war eindeutig vorhanden und nach allen Regeln der Physik müsste es sich auch abkühlen. Offenbar tut es das aber nicht. Warum? Alle bisherigen Beobachtungen litten darunter, dass die Röntgenteleskope zum einen keine hohe Auflösung besaßen, also keine Details im Innern der Galaxienhaufen zeigten. Zum anderen gab es keinen empfindlichen Spektrographen. Ein solches Instrument ist aber nötig, beispielsweise um Gastemperaturen zu messen. Beide Möglichkeiten bietet das Ende 1999 gestartete europäische Röntgenobservatorium XMM-Newton.

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