Fressorgie am Schwarzen Loch

Astronomen haben ein nie zuvor gesehenes Wettereignis im Kosmos beobachtet: Wolken aus kaltem intergalaktischem Gas, die auf ein supermassereiches Schwarzes Loch hinabregnen. Mit rasender Geschwindigkeit strömt der eiskalte Regen aus kondensiertem Gas auf den Schwerkraftschlund zu. Diese sich ankündigende Fressorgie belegt, dass die Riesen unter den Schwarzen Löchern mindestens zwei verschiedene „Fressweisen“ besitzen, so die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Sie sind die Giganten ihrer Zunft: Die supermassereichen Schwarzen Löcher im Herzen von Galaxien können Milliarden Sonnenmassen in sich vereinen. Haben sie einmal ihre gewaltige Größe erreicht, wachsen sie langsam weiter, indem sie heißes Gas aus ihrer Umgebung anziehen und verschlingen. Dieses Gas strömt der gängigen Theorie nach mehr oder gleichmäßig in das Loch hinein.

Rasende Wolken aus klumpigem Gas

Aber es geht auch ganz anders, wie Grant Tremblay von der Yale University und seine Kollegen nun durch Zufall entdeckt haben. Mit den Teleskopen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) beobachteten sie den Galaxiencluster Abell 2597 BCG, der rund eine Milliarde Lichtjahre von uns entfernt liegt. Eigentlich wollten sie untersuchen, wie viele neue Sterne dieser zehntausende von Lichtjahren große Cluster im Zentrum produziert.

Doch als sie sich das Herz der innersten, massereichsten Galaxie im Cluster näher anschauten, entdeckten sie Überraschendes: drei gewaltige, klumpige Wolken aus kaltem, molekularem Gas, nur rund 300 Lichtjahre vom zentralen Schwarzen Loch der Galaxie entfernt. Jede dieser Wolken umfasst mehrere Millionen Sonnenmassen und rast mit rund 300 Kilometern pro Sekunde auf das Schwarze Loch zu.

„Wie ein kosmischer Regensturm“

„Dieses Gas kondensiert und verhält sich damit ganz ähnlich wie schwüle Luft in der Erdatmosphäre, die beim Abkühlen Regenwolken bildet und Niederschläge verursacht“, erklärt Tremblay. Er vergleicht die Gaswolken in der fernen Galaxie mit einem kosmischen Regensturm, der sich über dem Galaxienkern entlädt und in kürzester Zeit Unmengen an Materie ins Schwarze Loch bringt.

Die kalten Gaswolken rasen mit 300 Kilometern pro Sekunde auf das zentrale Schwarze Loch zu (Illustration). © NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

„Die kondensierten Wolken regnen auf die Galaxie herab, treiben dort die Sternbildung an und füttern das supermassereiche Schwarze Loch“, erklärt Tremblay. „Das ist einer der ersten eindeutigen Belege dafür, dass sich supermassereiche Schwarze Löcher auch von solchen Sturzfluten aus kaltem Gasregen ernähren können.“

Für das Schwarze Loch bedeuten solche Wolken eine echte Fressorgie. „Schon diese drei Wolken allein enthalten eine gewaltige Menge an Energie“, sagt Koautor Michael MacDonald vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). „Wenn wir uns dieses Schwarze Loch eine Million Jahre später anschauen würden, könnte es daher sein, dass wir dort heftige Ausbrüche sehen, weil es all dieses energiereiche Material verschluckt.“

Zwei Arten des „Fressens“

Diese Entdeckung wirft daher ein neues Licht auf die „Fressgewohnheiten“ supermassereicher Schwarzer Löcher. Denn bisher galt eine langsame, stetige Akkretion von heißem Gas als Standard-Verhalten solcher Massegiganten. Doch jetzt sieht es so aus, als wenn diese Schwarzen Löcher mindestens zwei verschiedenen Arten des „Fressens“ besitzen, wie die Astronomen erklären.

ALMA-Daten (rötlich) zeigen an, wie Kohlenmonoxidgas in und um die Galaxie verteilt ist. Der Schatten entspricht einer der kühlen Wolken molekularen Gases, die auf das Schwarze Loch herabregnen. © B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)/G. Tremblay et al./NASA/ESA Hubble/ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

„Diffuses, heißes Gas ist in geringen Mengen ständig für das Schwarze Loch verfügbar“, erklärt MacDonald. Dieser Gasring stellt damit sozusagen das Grundnahrungsmittel für das Schwarze Loch dar. „Ab und zu aber gibt es einen Regensturm mit Massen von Tropfen kalten Gases. Für eine kurze Zeit frisst das Schwarze Loch dann sehr schnell“, so Macdonald. Der Massegigant schiebt gewissermaßen eine Fressorgie ein.

Kein Einzelfall

Obwohl die Astronomen bisher nur drei Wolken aus kaltem Gas in der Nähe des Schwarzen Lochs entdecken konnten, vermuten sie, dass es Tausende von ihnen in der näheren Umgebung geben könnte. Diese könnten möglicherweise sogar für sich wiederholende Sturzregen auf den Massegiganten sorgen und es damit auf lange Sicht am Leben erhalten.

Die Wissenschaftler planen nun, mit den ALMA-Teleskopen auch in anderen Galaxien nach solchen „Regenschauern“ zu suchen. „Wenn es drei Wolken in unserer Sichtlinie gibt, dann könnten noch Millionen weitere darum herum existieren, so McDonald. Verraten haben sich die drei Gaswolken durch die Milliarden Lichtjahre langen Schatten, die sie vor dem Mikrowellen-Hintergrundlicht werfen. (Nature,2016; doi: 10.1038/nature17969)

(ESO/ MIT/ NRAO, 09.06.2016 – NPO)