Galaxien, Schwarze Löcher, und der ganze Rest

Der Blick in die Tiefen des Alls ist für uns immer auch ein Blick in die Vergangenheit. Heute sehen wir weit entfernte Galaxien so, wie sie vor Milliarden von Jahren ausgesehen haben, und wir sehen sie soweit das Auge reicht. Doch je weiter wir uns hinauswagen, desto schwieriger wird es, Details auszumachen. Und dabei wäre gerade das am spannendsten, wenn es nämlich darum geht, der Entstehung der Galaxien auf die Spur zu kommen.

In gewisser Weise ist es wie mit dem Huhn und dem Ei. Was war zuerst da? Die ersten Sterne oder die ersten Galaxien? Bildeten sich die Ur-Galaxien schon in Form von großen Gaswolken bevor sich darin Sterne bilden konnten, oder fanden sich die ersten Sterngenerationen zu immer größer werdenden Gruppen zusammen, aus denen dann die Galaxien wurden? Die Forschung bevorzugt derzeit das erste Szenario, eben weil man beispielsweise an der Verteilung der 3K-Hintergrundstrahlung oder auch über Modellrechnungen sehen kann, daß sich großräumige Strukturen sehr schnell ausbilden konnten. Dieses Schema pflanzte sich dann wahrscheinlich auf kleinere Skalen fort.

Ganz entscheidend für die sich im Werden befindlichen Galaxien waren eindeutig die massiven Schwarzen Löcher, die sich schon frühzeitig in ihrem Zentrum gebildet haben müssen. Doch wie genau ist das abgelaufen? Und wie verhielten sich die fertigen Galaxien dann in jungen Jahren? Schon länger beobachten die Forscher ferne Galaxien, die erst 2 Milliarden Jahre alt sind und die in einen Halo aus Wasserstoffgas eingebettet sind. Dieses Wasserstoffgas strahlt im Licht der Lyman-alpha-Linie, das ist hochenergetische UV-Strahlung. Doch wodurch wird das Gas zum Leuchten angeregt? Da kommen eigentlich nur die Schwarzen Löcher und ihre Jets in Frage. Die hochenergetischen Teilchen aus den Jets kollidieren mit den Gasteilchen und erzeugen so die charakteristische Lyman-alpha-Strahlung.

Illustration einer entstehenden Galaxie, eingebettet in eine Wolke aus Wasserstoffgas. Die Jets des Schwarzen Loches im Zentrum der Galaxie treiben das Gas auseinander und regen es zum Leuchten an. Image Credit: NASA/CXC/M.Weiss

Mit dem Chandra-Röntgensatelliten ist es nun gelungen, mehrere Schwarze Löcher inmitten von Klumpen von Wasserstoffgas, das die Lyman-alpha-Strahlung aussendet, zu detektieren. Dabei schaut man direkt auf die letzten Phasen der Galaxienentstehung: Das Wasserstoffgas wird noch gravitativ von der Proto-Galaxie angezogen, gleichzeitig treibt die durch die Jets des Schwarzen Loches induzierte Strahlung den Gasklumpen auseinander, ähnlich wie die Strahlung eines neugeborenen Sterns die letzten Reste von Gas und Staub aus seiner Umgebung.

Kombinierte Aufnahmen einer entstehenden Galaxie: Einem optischen Breitband-Bild (weiß) sind Infrarot (rot), Lyman-alpha (gelb) und Röntgendaten (blau) überlagert. Image Credit: X-ray (NASA/CXC/Durham Univ./D.Alexander et al.); Optical (NASA/ESA/STScI/IoA/S.Chapman et al.); Lyman-alpha Optical (NAOJ/Subaru/Tohoku Univ./T.Hayashino et al.); Infrared (NASA/JPL-Caltech/Durham Univ./J.Geach et al.)