News: Auf der Flucht
Man mag sich gar nicht vorstellen, welche Kräfte wirken, wenn Galaxien verschmelzen - geschweige denn mit ihnen rechnen. Astrophysiker schrecken vor Ereignissen derart kosmischen Ausmaßes nicht zurück und fahnden rechnerisch nach dem Verbleib Schwarzer Löcher im Zentrum kollidierender Sternsysteme.
Eine Rakete ist schnell, sehr schnell, und das muss sie auch sein, sonst könnte sie dem Gravitationsfeld der Erde nicht entkommen. Je nach Masse und Größe eines Körpers ergibt sich eine bestimmte charakteristische Fluchtgeschwindigkeit, die ein Raumfahrzeug mindestens erreichen muss, um dem Masseneinfluss zu entfliehen.
Bei der Erde müssen es mindestens 7,9 Kilometer pro Sekunde sein, die erste kosmische Geschwindigkeit, um eine kreisförmige Bahn um unseren Planeten einzuschlagen. Soll die Reise weiter gehen, das Schwerefeld der Erde also wirklich ganz verlassen werden (zweite kosmische Geschwindigkeit), dann sind schon 11,2 Kilometer pro Sekunde nötig. Und um sogar dem Sonnensystem zu entkommen (dritte kosmische Geschwindigkeit), muss ein Raumschiff zumindest auf 16,7 Kilometer pro Sekunde beschleunigen, sonst würde es wie ein wiederkehrender Komet auf einer weiten elliptischen Bahn um die Sonne gefangen bleiben.
Natürlich hat auch unsere Galaxis eine Fluchtgeschwindigkeit, um die wir uns aber im Allgemeinen nicht scheren müssen. Gelingt es der Menschheit doch gerade mit Mühe, Sonden über die Grenzen unseres Sonnensystems zu befördern. Was darüber hinausgeht, ist Sciencefiction. Was jedoch für den Mensch nicht von Belang ist, kann für Schwarze Löcher durchaus interessant sein. Denn wie man schon seit den sechziger Jahren weiß, erfahren diese mitunter einen ordentlichen Stoß, wenn sie mit ihresgleichen verschmelzen. Und dieser Schubs, so die Theorie, kann ein Schwarzes Loch unter Umständen sogar aus seiner Galaxie verstoßen.
Doch reicht die Geschwindigkeit wirklich? Immerhin, das Papier dieser ersten Berechnungen dürfte mittlerweile reichlich vergilbt sein, und neue, vielleicht bessere Modelle und vor allem leistungsfähige Computersimulationen könnten genauere Erkenntnisse liefern. Fünf Forscher sind das Problem einmal angegangen. Dabei haben sich drei von ihnen – Marc Favata, Scott Hughes und Daniel Holz – zunächst angeschaut, ob Schwarze Löcher durch den Rückstoß beim Verschmelzen tatsächlich Schwung von mehreren tausend Kilometern pro Sekunde erhalten können, wie frühere Arbeiten nahe legten.
Lange Rechnung, kurzes Ergebnis [1]: Nein, so schnell werden wohl selbst superschwere Löcher mit großem Massenunterschied bei der Kollision nicht, wenn sie sich vereinigen. Ein Rückstoß von zehn bis hundert Kilometern pro Sekunde sei viel wahrscheinlicher, vielleicht noch einige hundert Kilometer pro Sekunde, unter günstigen Bedingungen. Auf jeden Fall nicht mehr als 500 bis 600 Kilometer pro Sekunde, meinen die Forscher.
Und wie passt das nun zur Galaxienflucht? Nun, es kommt auf die Masse an, denn Galaxien gleichen sich diesbezüglich genauso wenig wie Planeten. Für kleine Zwerggalaxien oder globulare Cluster – das sind riesige, meist kugelförmige Ansammlungen von tausend bis zu einigen Millionen Sternen – sollte die Geschwindigkeit wohl reichen, wie die Wissenschaftler, untersützt durch David Merritt und Miloš Milosavljevic, herausfanden [2]. Bei den großen lichtstarken und massereichen Galaxien, wie unserer Milchstraße, könnte es indes äußerst knapp werden. Hier müssten schon zwei sehr ungleiche Schwarze Löcher beim Verschmelzen der Galaxien aufeinander treffen, denn gerade dann, so sagt es Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie voraus, ist der Rückstoß am größten.
Aber eigentlich passt das Ergebnis von Merritt und seinen Kollegen auch ganz gut zu den bisherigen Beobachtungen: "Wir wissen, dass supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren großer Galaxien wie unserer Milchstraße sitzen. Doch es hat den Anschein, dass kleinere Sternensysteme keine Schwarzen Löcher besitzen. Vielleicht hatten sie welche, nur sind diese hinausgeschleudert worden", spekuliert Merritt.
Allerdings stellen die Ergebnisse auch gängige Theorien zur Entstehung eben jener superschweren Schwarzen Löcher, die mehrere Millionen Sonnenmassen in sich vereinen, in Frage. So nahmen Astronomen bisher an, dass die großen, schweren Vertreter hauptsächlich durch Verschmelzung kleinerer Schwarzer Löcher entstanden. Doch früher waren die Galaxien nicht so massereich und bei den Kollisionen der Löcher im Zentrum hätte es sicherlich so manches hinaus ins All geschleudert. Heute jedenfalls dürfte dann nicht in jeder Galaxienmitte ein superschweres Schwarzes Loch sitzen, denn es hätte sich schlichtweg nicht so lange an seinem Platz halten können.
Eher wahrscheinlich ist nun laut Merritt, dass die kleineren Schwarzen Löcher langsam durch das stete Fressen von Materie aus ihrem Umfeld zunahmen und dass sie erst jetzt, wo sie schwer genug sind und die Galaxien ihre gegenwärtige Größe erreicht haben, auch verschmelzen.
Der Rückstoß dabei entsteht im Übrigen durch die extreme Abstrahlung von Gravitationswellen – ein Ereignis, auf das Physiker in aller Welt sehnsüchtig mit ihren Interferometern warten, um endlich auch einen direkten Nachweis für die Wellen zu erhalten. Jedenfalls werden die Gravitationswellen beim letzten vernichtenden Schluck nicht gleichmäßig in alle Richtungen ausgesandt, sondern durchaus gerichtet. So ergibt sich ein Nettoimpuls für das verbleibende Schwarze Loch, der das Massenmonster von seinem angestammten Platz vertreibt – zumindest vorübergehend.
Alles schöne Theorie – allein der Nachweis fehlt. Das müssen auch Merritt und Co eingestehen. Die besten Chancen, so einen Schubs beobachten zu können, sehen die Wissenschaftler bei einer Galaxie, die sich – kosmisch gesehen – gerade eben erst mit einer anderen vereinigt hat. Man müsse Ausschau nach einem Schwarzen Loch halten, das sich nicht mehr im Zentrum befindet und noch nicht den Weg zurück gefunden hat. Merritt dazu: "Auch wenn die Wahrscheinlichkeit, dergleichen zu beobachten, gering ist, so würde es mich nicht wundern, wenn es doch jemandem gelänge – jetzt wo Astronomen wissen, wonach sie suchen müssen."
Bei der Erde müssen es mindestens 7,9 Kilometer pro Sekunde sein, die erste kosmische Geschwindigkeit, um eine kreisförmige Bahn um unseren Planeten einzuschlagen. Soll die Reise weiter gehen, das Schwerefeld der Erde also wirklich ganz verlassen werden (zweite kosmische Geschwindigkeit), dann sind schon 11,2 Kilometer pro Sekunde nötig. Und um sogar dem Sonnensystem zu entkommen (dritte kosmische Geschwindigkeit), muss ein Raumschiff zumindest auf 16,7 Kilometer pro Sekunde beschleunigen, sonst würde es wie ein wiederkehrender Komet auf einer weiten elliptischen Bahn um die Sonne gefangen bleiben.
Natürlich hat auch unsere Galaxis eine Fluchtgeschwindigkeit, um die wir uns aber im Allgemeinen nicht scheren müssen. Gelingt es der Menschheit doch gerade mit Mühe, Sonden über die Grenzen unseres Sonnensystems zu befördern. Was darüber hinausgeht, ist Sciencefiction. Was jedoch für den Mensch nicht von Belang ist, kann für Schwarze Löcher durchaus interessant sein. Denn wie man schon seit den sechziger Jahren weiß, erfahren diese mitunter einen ordentlichen Stoß, wenn sie mit ihresgleichen verschmelzen. Und dieser Schubs, so die Theorie, kann ein Schwarzes Loch unter Umständen sogar aus seiner Galaxie verstoßen.
Doch reicht die Geschwindigkeit wirklich? Immerhin, das Papier dieser ersten Berechnungen dürfte mittlerweile reichlich vergilbt sein, und neue, vielleicht bessere Modelle und vor allem leistungsfähige Computersimulationen könnten genauere Erkenntnisse liefern. Fünf Forscher sind das Problem einmal angegangen. Dabei haben sich drei von ihnen – Marc Favata, Scott Hughes und Daniel Holz – zunächst angeschaut, ob Schwarze Löcher durch den Rückstoß beim Verschmelzen tatsächlich Schwung von mehreren tausend Kilometern pro Sekunde erhalten können, wie frühere Arbeiten nahe legten.
Lange Rechnung, kurzes Ergebnis [1]: Nein, so schnell werden wohl selbst superschwere Löcher mit großem Massenunterschied bei der Kollision nicht, wenn sie sich vereinigen. Ein Rückstoß von zehn bis hundert Kilometern pro Sekunde sei viel wahrscheinlicher, vielleicht noch einige hundert Kilometer pro Sekunde, unter günstigen Bedingungen. Auf jeden Fall nicht mehr als 500 bis 600 Kilometer pro Sekunde, meinen die Forscher.
Und wie passt das nun zur Galaxienflucht? Nun, es kommt auf die Masse an, denn Galaxien gleichen sich diesbezüglich genauso wenig wie Planeten. Für kleine Zwerggalaxien oder globulare Cluster – das sind riesige, meist kugelförmige Ansammlungen von tausend bis zu einigen Millionen Sternen – sollte die Geschwindigkeit wohl reichen, wie die Wissenschaftler, untersützt durch David Merritt und Miloš Milosavljevic, herausfanden [2]. Bei den großen lichtstarken und massereichen Galaxien, wie unserer Milchstraße, könnte es indes äußerst knapp werden. Hier müssten schon zwei sehr ungleiche Schwarze Löcher beim Verschmelzen der Galaxien aufeinander treffen, denn gerade dann, so sagt es Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie voraus, ist der Rückstoß am größten.
Aber eigentlich passt das Ergebnis von Merritt und seinen Kollegen auch ganz gut zu den bisherigen Beobachtungen: "Wir wissen, dass supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren großer Galaxien wie unserer Milchstraße sitzen. Doch es hat den Anschein, dass kleinere Sternensysteme keine Schwarzen Löcher besitzen. Vielleicht hatten sie welche, nur sind diese hinausgeschleudert worden", spekuliert Merritt.
Allerdings stellen die Ergebnisse auch gängige Theorien zur Entstehung eben jener superschweren Schwarzen Löcher, die mehrere Millionen Sonnenmassen in sich vereinen, in Frage. So nahmen Astronomen bisher an, dass die großen, schweren Vertreter hauptsächlich durch Verschmelzung kleinerer Schwarzer Löcher entstanden. Doch früher waren die Galaxien nicht so massereich und bei den Kollisionen der Löcher im Zentrum hätte es sicherlich so manches hinaus ins All geschleudert. Heute jedenfalls dürfte dann nicht in jeder Galaxienmitte ein superschweres Schwarzes Loch sitzen, denn es hätte sich schlichtweg nicht so lange an seinem Platz halten können.
Eher wahrscheinlich ist nun laut Merritt, dass die kleineren Schwarzen Löcher langsam durch das stete Fressen von Materie aus ihrem Umfeld zunahmen und dass sie erst jetzt, wo sie schwer genug sind und die Galaxien ihre gegenwärtige Größe erreicht haben, auch verschmelzen.
Der Rückstoß dabei entsteht im Übrigen durch die extreme Abstrahlung von Gravitationswellen – ein Ereignis, auf das Physiker in aller Welt sehnsüchtig mit ihren Interferometern warten, um endlich auch einen direkten Nachweis für die Wellen zu erhalten. Jedenfalls werden die Gravitationswellen beim letzten vernichtenden Schluck nicht gleichmäßig in alle Richtungen ausgesandt, sondern durchaus gerichtet. So ergibt sich ein Nettoimpuls für das verbleibende Schwarze Loch, der das Massenmonster von seinem angestammten Platz vertreibt – zumindest vorübergehend.
Alles schöne Theorie – allein der Nachweis fehlt. Das müssen auch Merritt und Co eingestehen. Die besten Chancen, so einen Schubs beobachten zu können, sehen die Wissenschaftler bei einer Galaxie, die sich – kosmisch gesehen – gerade eben erst mit einer anderen vereinigt hat. Man müsse Ausschau nach einem Schwarzen Loch halten, das sich nicht mehr im Zentrum befindet und noch nicht den Weg zurück gefunden hat. Merritt dazu: "Auch wenn die Wahrscheinlichkeit, dergleichen zu beobachten, gering ist, so würde es mich nicht wundern, wenn es doch jemandem gelänge – jetzt wo Astronomen wissen, wonach sie suchen müssen."
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.