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Schwarze Löcher können auch ohne große Verschmelzungen mit ihren Galaxien wachsen
Keine gewaltsame Kollision nötig? Eine Analyse von 2.435 Scheibengalaxien zeigt, dass zentrale Schwarze Löcher selbst in Galaxien ohne erkennbaren Sternenwulst derselben Beziehung zur gesamten Sternmasse folgen wie in Systemen mit Bulge. Das spricht dafür, dass langsame Prozesse in der Galaxie einen erheblichen Teil des Wachstums supermassereicher Schwarzer Löcher antreiben können.
Oxford (England). Im Zentrum vieler großer Galaxien sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch. Solche Schwerkraftgiganten zeigen enge Beziehungen zu Eigenschaften ihrer Wirtsgalaxien, etwa zur gesamten Sternmasse und zur Masse des zentralen Sternenwulsts, des sogenannten Bulges. Große Galaxienverschmelzungen galten lange als naheliegender Motor dieser gemeinsamen Entwicklung, weil sie Gas ins Zentrum treiben und zugleich einen Bulge aufbauen können.
Einen besonders aufschlussreichen Test liefern deshalb Scheibengalaxien, die kaum oder keinen Bulge besitzen. Weil ein ausgeprägter Zentralwulst häufig mit früheren großen Verschmelzungen verbunden ist, spricht sein Fehlen für eine vergleichsweise ruhige Fusionsgeschichte. Eine frühere Kollision lässt sich damit allerdings nicht vollständig ausschließen.
Forscher der University of Oxford um Sophie M. Jewell haben nun 2.435 Scheibengalaxien mit aktiven galaktischen Kernen untersucht. Sie kombinierten Spektren des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) mit tiefen Himmelsaufnahmen und zerlegten das Licht jeder Galaxie rechnerisch in Kernquelle, Scheibe und einen möglichen Bulge.
Nach Qualitätskontrollen blieben 546 Galaxien ohne nachweisbaren Bulge sowie 240 Systeme mit einem deutlicheren Zentralwulst für den direkten Vergleich. Die Masse der Schwarzen Löcher bestimmten die Forscher aus Breite und Leuchtkraft der breiten Hα-Emissionslinie. Diese verrät die Geschwindigkeit des Gases nahe am Schwarzen Loch und erlaubt zusammen mit ihrer Leuchtkraft eine Massenabschätzung.
Die Schwarzen Löcher der bulgenlosen Untergruppe reichen von rund 100.000 bis knapp 400 Millionen Sonnenmassen. Entscheidend ist jedoch die Beziehung zur Wirtsgalaxie: Schwarze Löcher in Galaxien ohne Bulge folgen statistisch derselben Beziehung zur gesamten Sternmasse wie die Vergleichssysteme mit einem Zentralwulst.
Anders sieht es aus, wenn nur die Masse des Bulges betrachtet wird. Hier unterscheiden sich die beiden Gruppen sehr deutlich. Die Studie findet für die Beziehung zwischen Schwarzem Loch und Bulgemasse einen Unterschied von mehr als sieben Standardabweichungen, während die Beziehungen zur gesamten Sternmasse innerhalb von etwa drei Standardabweichungen miteinander vereinbar sind.
Falls die bulgenlosen Galaxien tatsächlich nur wenige große Verschmelzungen erlebt haben, muss das Wachstum ihrer zentralen Schwarzen Löcher also nicht von solchen Kollisionen abhängen. Das Ergebnis spricht vielmehr dafür, dass Schwarzes Loch und gesamte Galaxie auch durch langsamere, interne Prozesse gemeinsam wachsen können.
Solche möglichen Futterstraßen sind in der Stichprobe häufig: Rund 65 Prozent der bulgenlosen Galaxien besitzen einen Balken aus Sternen und rund 85 Prozent zeigen Spiralarme. Beide Strukturen können Gas Drehimpuls entziehen und Material in Richtung Zentrum lenken. Die Studie belegt allerdings nicht, dass genau dieser Transport die beobachteten Schwarzen Löcher aufgebaut hat.
Auch ein Vergleich mit elliptischen und linsenförmigen Galaxien passt in dieses Bild. Bei ähnlicher Gesamtsternmasse und Rotverschiebung leuchten deren aktive Kerne im Mittel stärker, doch die Schwarze-Loch-Massen unterscheiden sich nicht statistisch signifikant. Große Verschmelzungen könnten demnach einzelne besonders aktive Wachstumsphasen auslösen, ohne den größten Teil der langfristig aufgebauten Schwarze-Loch-Masse zu erklären.