Am 12. Mai bei neun simultanen Pressekonferenzen auf der ganzen Welt, Astrophysiker zeigte das erste Bild des Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße. So beeindruckend es auch war, das mühsam erstellte Bild des Lichtrings um das zentrale Dunkel unserer Galaxie schien zunächst nur zu beweisen, was Experten bereits erwartet hatten: Das supermassereiche Schwarze Loch der Milchstraße existiert, es dreht sich und es gehorcht dem von Albert Einstein Allgemeine Relativitätstheorie.
Und doch passen die Dinge bei näherer Betrachtung nicht ganz zusammen.
Aus der Helligkeit des Lichtbagels haben Forscher abgeschätzt wie schnell Materie fällt auf Sagittarius A* – den Namen, der dem zentralen Schwarzen Loch der Milchstraße gegeben wurde. Die Antwort lautet: Gar nicht so schnell. »Es ist bis auf ein kleines Rinnsal verstopft«, sagte er Priya Natarajan, Kosmologe an der Yale University, vergleicht die Galaxie mit einem kaputten Duschkopf. Irgendwie ist das nur ein Tausendstel der Sache in die Milchstraße fließen aus dem umgebenden intergalaktischen Medium den ganzen Weg nach unten und in das Loch. „Das offenbart ein riesiges Problem“, sagte Natarajan. „Wohin geht dieses Gas? Was passiert mit der Strömung? Es ist sehr klar, dass unser Verständnis des Wachstums von Schwarzen Löchern fragwürdig ist.“
Im Laufe des letzten Vierteljahrhunderts haben Astrophysiker erkannt, welch enge, dynamische Beziehung zwischen vielen Galaxien und den Schwarzen Löchern in ihren Zentren besteht. „Es hat einen wirklich großen Wandel in diesem Bereich gegeben“, sagt er Ramesh Narayan, ein theoretischer Astrophysiker an der Harvard University. „Die Überraschung war, dass Schwarze Löcher als Gestalter und Kontrolleure der Entwicklung von Galaxien wichtig sind.“
Diese riesigen Löcher – Materiekonzentrationen, die so dicht sind, dass die Schwerkraft selbst das Licht daran hindert, zu entweichen – sind wie die Motoren von Galaxien, aber die Forscher beginnen gerade erst zu verstehen, wie sie funktionieren. Die Schwerkraft zieht Staub und Gas nach innen in das galaktische Zentrum, wo sie eine wirbelnde Akkretionsscheibe um das supermassereiche Schwarze Loch bilden, sich erhitzen und in weißglühendes Plasma verwandeln. Wenn dann das Schwarze Loch diese Materie verschlingt (entweder in Tröpfchen und Tröpfchen oder in plötzlichen Ausbrüchen), wird Energie in einem Rückkopplungsprozess zurück in die Galaxie gespuckt. „Wenn Sie ein Schwarzes Loch züchten, produzieren Sie Energie und geben sie effizienter an die Umgebung ab als durch jeden anderen Prozess, den wir in der Natur kennen“, sagte er Eliot Quataert, ein theoretischer Astrophysiker an der Princeton University. Diese Rückkopplung wirkt sich auf Sternentstehungsraten und Gasströmungsmuster in der gesamten Galaxie aus.
Aber Forscher haben nur vage Vorstellungen von den „aktiven“ Episoden supermassiver Schwarzer Löcher, die sie in sogenannte aktive galaktische Kerne (AGNs) verwandeln. „Was ist der Auslösemechanismus? Was ist der Ausschalter? Das sind die grundlegenden Fragen, die wir immer noch versuchen zu lösen“, sagte er Kirsten Saal des Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Stellares Feedback, das auftritt, wenn ein Stern als Supernova explodiert, hat bekanntermaßen ähnliche Effekte wie das AGN-Feedback in kleinerem Maßstab. Diese Sternentriebwerke sind leicht groß genug, um kleine „Zwerg“-Galaxien zu regulieren, während nur die riesigen Triebwerke supermassereicher Schwarzer Löcher die Entwicklung der größten „elliptischen“ Galaxien dominieren können.
Größenmäßig liegt die Milchstraße, eine typische Spiralgalaxie, in der Mitte. Mit wenigen offensichtlichen Anzeichen von Aktivität in ihrem Zentrum wurde lange angenommen, dass unsere Galaxie von stellarem Feedback dominiert wird. Aber mehrere neuere Beobachtungen deuten darauf hin, dass das AGN-Feedback es ebenfalls prägt. Durch die Untersuchung der Details des Zusammenspiels zwischen diesen Rückkopplungsmechanismen in unserer Heimatgalaxie – und die Auseinandersetzung mit Rätseln wie der aktuellen Dunkelheit von Sagittarius A* – hoffen Astrophysiker herauszufinden, wie sich Galaxien und Schwarze Löcher im Allgemeinen gemeinsam entwickeln. Die Milchstraße „wird zum leistungsstärksten astrophysikalischen Labor“, sagte Natarajan. Indem es als Mikrokosmos dient, „kann es den Schlüssel enthalten“.
Galaktische Motoren
In den späten 1990er Jahren akzeptierten Astronomen im Allgemeinen die Anwesenheit von Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien. Bis dahin konnten sie nahe genug an diese unsichtbaren Objekte heransehen, um ihre Masse aus den Bewegungen der Sterne um sie herum abzuleiten. EIN seltsame Zusammenhänge entstanden: Je massereicher eine Galaxie ist, desto schwerer ist ihr zentrales Schwarzes Loch. „Das war besonders knapp und absolut revolutionär. Irgendwie spricht das Schwarze Loch mit der Galaxie“, sagte er Tiziana di Matteoein Astrophysiker an der Carnegie Mellon University.
Die Korrelation ist überraschend, wenn man bedenkt, dass das Schwarze Loch – so groß es auch ist – nur einen Bruchteil der Größe der Galaxie ausmacht. (Sagittarius A* wiegt beispielsweise etwa 4 Millionen Sonnen, während die Milchstraße etwa 1,5 Billionen Sonnenmassen misst.) Aus diesem Grund zieht die Schwerkraft des Schwarzen Lochs nur mit einiger Kraft auf die innerste Region der Galaxie.