Wenn ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem Materie von

Wenn ein Weißer Zwerg in einem Doppelsternsystem Materie von

Presseinformation
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
20. Januar 2011
Kein Zusammenhang zwischen Dunkler Materie und massereichen
Schwarzen Löchern in Galaxienkernen
Massereiche schwarze Löcher gibt es im Zentrum fast aller Galaxien, wobei die größten Galaxien –
die auch von den größten Halos aus Dunkler Materie umgeben sind –die schwersten schwarzen
Löcher beherbergen. Dies führte zu der Vermutung, dass es eine direkte Verbindung zwischen
Dunkler Materie und schwarzen Löchern geben und dass somit die Physik exotischer Materie das
Wachstum eines schwarzen Lochs bestimmen könnte. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für
extraterrestrische Physik, der Universitätssternwarte München und der Texas-Universität in Austin
haben nun eine umfangreiche Studie an Galaxien durchgeführt um den Beweis zu erbringen, dass
die Masse eines schwarzen Lochs nicht direkt mit der Masse des Halos aus Dunkler Materie
zusammenhängt. Die Masse des schwarzen Lochs wird vielmehr durch die Entstehung des
galaktischen Bulges bestimmt. Diese Ergebnisse werden am 20. Januar in der renommierten
Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Galaxien wie unsere Milchstraße bestehen aus Milliarden Sternen sowie gewaltigen Mengen an Gas
und Staub. Diese Komponenten können bei unterschiedlichen Wellenlängen beobachtet werden, vom
Radio- und Infrarotbereich für kühlere Gebiete bis hin zu optischen und Röntgenwellenlängen für
Teile, die auf hohe Temperaturen aufgeheizt wurden. Es gibt noch zwei weitere wichtige
Komponenten, die keinerlei Licht aussenden und sich nur durch ihre gravitative Wirkung bemerkbar
machen.
Alle Galaxien sind einen Halo aus „Dunkler Materie“ eingebettet, der weit über die sichtbaren Ränder
der Galaxie hinausreicht und den größten Teil ihrer Masse beiträgt. Auch wenn dieser Halo nicht
direkt beobachtet werden kann, so kann er doch aufgrund seiner Wirkung auf die Bewegung der
Sterne, Gas und Staub vermessen werden. Die Beschaffenheit der Dunklen Materie ist bislang
unbekannt, allerdings denken die Wissenschaftler, dass sie aus exotischen Teilchen bestehen, die sich
grundlegend von der normalen (baryonischen) Materie unterscheiden, aus der wir, die Erde, die
Sonne und Sterne gemacht sind.
Der zweite unsichtbare Bestandteil einer Galaxie ist das extrem massereiche schwarze Loch in ihrem
Innern. Im Zentrum unserer Milchstraße befindet sich ein schwarzes Loch, das etwa vier Millionen
mal schwerer ist als die Sonne. Derartige Schwerkraftmonster, oder noch massereichere, konnten in
allen leuchtkräftigen Galaxien mit zentralen Bulges nachgewiesen werden, bei denen eine direkte
Suche möglich war; die Astronomen nehmen an, dass die meisten oder sogar alle Galaxien mit einem
Bulge ein schwarzes Loch in ihrem Zentrum beherbergen. Auch diese Komponente der Galaxie kann
aber nicht direkt beobachtet werden; die Masse des schwarzen Lochs ergibt sich aus der Bewegung
der Sterne in seiner Umgebung.
Seit 2002 gibt es Spekulationen, dass eine enge Korrelation bestehen könnte zwischen der Masse des
schwarzen Lochs und der äußeren Rotationsgeschwindigkeit in galaktischen Scheiben, die vom
Dunklen Materiehalo bestimmt wird. Dies würde bedeuten, dass die unbekannte Physik der
exotischen Dunklen Materie auf irgendeine Weise das Wachstum des schwarzen Lochs bestimmen
würde. Andererseits wurde schon einige Jahre zuvor gezeigt, dass die Masse des schwarzen Lochs gut
mit der Masse des Bulges oder der Leuchtkraft korreliert. Da größere Galaxien im allgemeinen auch
größere Bulges besitzen, war nicht klar, welche dieser Korrelationen nun tatsächlich das Wachstum
der schwarzen Löcher bestimmt.
Um diese Frage zu beantworten, untersuchten John Kormendy und Ralf Bender Galaxien, die in
massereichen Halos aus Dunkler Materie eingebettet sind und damit hohe
Rotationsgeschwindigkeiten aufweisen, die aber nur kleine oder gar keine Bulges haben. Dabei
fanden sie heraus, dass Galaxien ohne Bulge – selbst wenn sie von massereichen Dunklen
Materiehalos umgeben waren – im besten Fall schwarze Löcher sehr kleiner Masse enthielten. Die
Forscher konnten damit zeigten, dass das Wachstum der schwarzen Löcher hauptsächlich mit der
Entstehung eines Bulges und nicht mit der Dunklen Materie zusammenhängen.
„Man kann sich nur schwer vorstellen, wie eine über große Entfernungen dünn verteilte Dunkle
Materie das Wachstum eines schwarzen Lochs in einem winzigen Raum tief im Innern einer Galaxie
beeinflussen könnte“, sagt Ralf Bender vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und der
Universitätssternwarte München. John Kormendy von der Texas-Universität fügt hinzu: „Es ist weitaus
plausibler, dass die schwarzen Löcher durch Gas aus ihrer Umgebung wachsen, insbesondere
während der Entstehungsphase der Galaxien.“ Im allgemein anerkannten Bild der Strukturbildung im
Universum werden die Scheiben von Galaxien durch häufige Verschmelzungen mit anderen Galaxien
durcheinandergewirbelt, wodurch Gas ins Zentrum fallen kann. Dies löst zum einen eine erhöhte
Sternentstehungsaktivität aus und führt dem schwarzen Loch zum anderen Material zu. Kormendys
und Benders Beobachtungen deuten darauf hin, dass dies in der Tat der dominierende Prozess ist, der
zur Entstehung und zum Wachstum schwarzer Löcher führt.
Originalveröffentlichung
John Kormendy & Ralf Bender, “Supermassive black holes do not correlate with dark matter halos of
galaxies”, Nature, Vol. 469, pp. 374-376, 20 January 2011.
Kontakt
Prof. Dr. Ralf Bender
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Giessenbachstrasse
85748 Garching
Tel.: +49 (0)89 30000 3702
E-mail: [email protected]
John Kormendy
Mount Stromlo Observatory
The Australian National University
Canberra, Australia
Büro: +61 2 6125 6374 (no messages here, please)
Mobil: +61 4 0579 7710 (messages OK)
E-mail: [email protected]
Dr. Hannelore Hämmerle
Pressesprecherin
Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
Giessenbachstrasse
85748 Garching
Tel.: +49 (0)89 30000 3980
E-mail: [email protected]
MPE Webseiten:
http://www.mpe.mpg.de/main-d.html
Bilder
Messier 101 (NGC 5457) ist eine Galaxie mit einem kleinem Bulge und einem massereichen Halo aber
einem kleinen schwarzen Loch. Beobachtungen zeigen, dass diese riesige Galaxie kein schwarzes
Loch beherbergen kann, selbst wenn es so klein ist wie das unserer Milchstraße.
Image Credit: wikisky.org
NGC 6503 ist ein weiteres Beispiel für eine Galaxie ohne Bulge, einem massereichen Halo und einem
kleinen schwarzen Loch.
Image Credit: wikisky.org
Messier 31 (NGC 224), der Nachbar unserer Milchstraße mit einem klassischen, großen Bulge. Wie
Bender, Kormendy et al. 2005 zeigten, enthält diese Galaxie ein schwarzes Loch mit 140 Millionen
Sonnenmassen, etwa 40mal schwerer als das schwarze Loch in unserer eigenen Galaxie (Astrophysical
Journal 631, 280).
Image Credit: wikisky.org
Die Sombrero-Galaxie (M104, NGC 4594) ist ein weiteres Beispiel für eine Galaxie, die von einem
Bulge dominiert wird. Sie enthält ein schwarzes Loch mit etwa 1000 Millionen Sonnenmassen, wie
Kormendy, Bender et al. 1996 zeigten (Astrophysical Journal 473, L91).
Image Credit: HST, STScI