Wie groß kann ein Schwarzes Loch werden?

Bei 50 Milliarden Sonnenmassen ist Schluss: Selbst die massereichsten Schwarzen Löcher stoßen irgendwann an ihre Wachstumsgrenzen, wie nun ein britischer Astronomen herausgefunden hat. Demnach kollabiert die leuchtende Gasscheibe um den Ereignishorizont dieser Massegiganten bei etwa 50 Milliarden Sonnenmassen und nimmt dem Schwarzen Loch damit die Nahrung. Noch größer könne sie dann nur noch durch Verschmelzen werden.

Im Herzen der meisten Galaxien sitzen supermassereiche Schwarze Löcher, so auch im Herzen unserer Milchstraß. Sie spielen nach gängiger Lehrmeinung eine Schlüsselrolle für die Galaxienentwicklung und stehen mit der umgebenden Galaxie in einem ganz bestimmten Größenverhältnis – meistens jedenfalls. Verschlingen diese Schwarzen Löcher gerade aktiv Materie, bildet sich um ihren Ereignishorizont eine helle Scheibe aus leuchtendem Gas, der diesen aktiven Galaxienkern weithin sichtbar macht.

Ab 50 Milliarden Sonnen ist Schluss

Aber wie groß kann ein solches zentrales Schwarzes Loch werden? Gibt es überhaupt eine Obergrenze für diese Singularitäten? Andrew King von der University of Leicester hat dies mit Hilfe physikalischer Modelle genauer untersucht. Er bezog dabei die Rotation des Schwarzen Lochs und die Masse der umgebenden Gase mit ein.

Sein Ergebnis: Ab einer gewissen Größe wird die leuchtende Gasscheibe um das Schwarze Loch instabil und kollabiert. Dieser Kollaps jedoch nimmt ihm damit die Nahrung – und es hört auf zu wachsen. Laut King liegt diese Wachstumsgrenze bei rund 50 Milliarden Sonnenmassen, in Sonderfällen kann ein Schwarzes Loch aber auch bis zu 270 Milliarden Sonnenmassen groß werden.

Nah am Maximum

Das bedeutet, dass bei einer ungewöhnlich großen Galaxie das Schwarze Loch im Zentrum irgendwann aufhört, in gleichem Tempo mit ihr mitzuwachsen. Weil die für seine Nahrung sorgende Gasscheibe kollabiert, bleibt es bei einer bestimmten Größe stehen. Tatsächlich liegen viele der bisher beobachteten Schwarzen Löcher im Herzen von Galaxien mit bis zu zehn Milliarden Sonnenmassen schon relativ nah an dieser Obergrenze der Masse.

Blick auf Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen unserer Milchstraße © NASA/CXC/MIT/ F. Baganoff, R. Shcherbakov et al.

Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße ist gemessen an diesen Giganten eher schmächtig: Sagittarius A* hat nach Schätzungen von Astronomen gerade einmal vier Millionen Sonnenmassen. Es verrät sich durch Röntgen- und Radiostrahlung der von ihm eingesogenen Materie. Doch weil davon nur relativ wenig in seiner Umgebung vorhanden ist, gilt dieses Schwarze Loch als nicht sonderlich aktiv.

Größer nur durch Verschmelzung

Allerdings: Obwohl für das klassische Wachstum durch die Akkretion von Gas bei 50 Milliarden Sonnenmassen Schluss ist, könnte es trotzdem einige noch größere Schwarze Löcher geben. „Schwarze Löcher mit noch größerer Masse sind im Prinzip möglich – so könnte beispielsweise eines nahe dem Maximum mit einem zweiten verschmelzen und das Resultat wäre noch größer“, erklärt King. „Aber das dabei entstehende Schwarze Loch hätte keine Gasscheibe um sich, die Strahlung abgeben würde.“

Auch wenn ein ganzer Stern in ein solches Schwarzes Loch stürzen würde, könnte es noch weiter wachsen. Doch weil ihm die strahlende Gasumgebung fehlt, wäre dieser Massegigant für unsere Teleskope unsichtbar. Aufspüren könnte man diese Hypergiganten nur indirekt, beispielsweise über ihre Wirkung als Gravitationslinse: Sie verzerren durch ihre große Schwerkraft das Licht hinter ihnen scheinender Lichtquellen. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, 2015; doi: 10.1093/mnrasl/slv186)

(University of Leicester, 21.12.2015 – NPO)