Schwarze Löcher könnten stillschweigend neben Galaxien wachsen, ohne Verschmelzungen.

Schwarze Löcher können möglicherweise still neben Galaxien wachsen, selbst ohne gewalttätige Verschmelzungen, so eine neue Forschung, die eine lang gehegte Annahme darüber in Frage stellt, wie diese massiven Objekte entstehen. Die Erkenntnis stammt aus einer Analyse von 2.435 Galaxien, die aktiv fressende schwarze Löcher beherbergen, unter Verwendung von Daten des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). Unter diesen Galaxien identifizierten die Forscher 546 „bulgeless“-Systeme – Galaxien mit wenig oder gar keinem zentralen sternförmigen Bulge. Das Paper, das in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, legt nahe, dass diese Galaxien schwarze Löcher genauso effektiv wachsen lassen wie Systeme, die einen zentralen Bulge haben. Das ist ein überraschendes Zeichen dafür, dass schwarze Löcher keine Galaxienverschmelzungen benötigen, um normal zu wachsen.

Was die DESI-Daten zeigten

Das DESI-Instrument sammelt Licht von weit entfernten Objekten am Himmel, wodurch Astronomen die Eigenschaften von Galaxien und der Materie um sie herum messen können. Für diese Studie konzentrierte sich das Team auf Galaxien mit aktiven schwarzen Löchern in ihren Zentren, die Gas verbrauchen und Strahlung aussenden. Die Stichprobengröße ist groß genug, um aussagekräftige Schlussfolgerungen zu ziehen. Mit 2.435 Galaxien im vollständigen Datensatz und 546 bulgeless-Galaxien, die herausgestellt wurden, kann der Vergleich zwischen Galaxien mit und ohne Bulge mit Zuversicht durchgeführt werden.

Bulgeless-Galaxien beherbergen wachsende schwarze Löcher

Das Hauptergebnis ist, dass bulgeless-Galaxien wachsende schwarze Löcher genauso effektiv beherbergen wie Galaxien mit zentralen Bulges. Die Erwartung war gewesen, dass Galaxienverschmelzungen das Wachstum von schwarzen Löchern antreiben, wobei Kollisionen zwischen Galaxien die Akkretion von Gas auf schwarze Löcher auslösen würden. Stattdessen deuten die Daten darauf hin, dass schwarze Löcher durch leisere Prozesse wachsen können. Die Autoren des Papers beschreiben die Erkenntnis als ein Zeichen dafür, dass schwarze Löcher keine Galaxienverschmelzungen benötigen, um normal zu wachsen.

Warum das wichtig ist

Das Ergebnis widerspricht dem gängigen Bild der Galaxienentwicklung. In diesem Bild sind Galaxienverschmelzungen der Motor für das Wachstum von Sternen und Schwarzen Löchern. Eine Verschmelzung bringt frisches Gas in das Zentrum einer Galaxie, wodurch das Schwarze Loch gefüttert und gleichzeitig die zentrale Ausstülpung aufgebaut wird. Wenn Schwarze Löcher in Galaxien ohne Ausstülpung wachsen können, muss dieses Modell überarbeitet werden. Der Befund deutet darauf hin, dass das Wachstum von Schwarzen Löchern unabhängig von der größeren Struktur der Galaxie um sie herum stattfinden kann.

Die These des Papiers

Das Papier präsentiert den Befund als Überraschung. Die Autoren selbst weisen darauf hin, dass die Entdeckung den Erwartungen widerspricht, dass Galaxienverschmelzungen das Wachstum von Schwarzen Löchern antreiben. Die Reaktion ist ehrlich: das Ergebnis wurde nicht erwartet. Die Daten zeigten einfach, was die Daten zeigten.

Was wir bisher wissen

Die Forschung stützt sich auf einen bestimmten Datensatz und eine bestimmte Messung. Hier ist, was das Papier feststellt:

• 2.435 Galaxien mit aktiv speisenden Schwarzen Löchern wurden untersucht.
• 546 dieser Galaxien wurden als bulgellos klassifiziert.
• Bulgellose Galaxien beherbergen wachsende Schwarze Löcher ebenso effektiv wie Galaxien mit einer zentralen Ausstülpung.

Das Papier behauptet nicht, dass Galaxienverschmelzungen niemals Schwarze Löcher speisen. Es behauptet, dass Schwarze Löcher ohne sie wachsen können. Das ist ein subtiler, aber wichtiger Unterschied.

Der Fall des leisen Wachstums

Der Beweis für ein leises Wachstum ist statistisch, nicht individuell. Die Forscher betrachteten die Population als Ganzes und fanden keinen Unterschied in den Wachstumsraten der Schwarzen Löcher zwischen Galaxien mit und ohne Ausstülpung. Dieses Muster deutet darauf hin, dass die Physik, die das Wachstum von Schwarzen Löchern steuert, auf einer kleineren Skala wirkt als bisher angenommen. Anstatt auf eine Verschmelzung zu warten, um frisches Gas zu liefern, finden Schwarze Löcher möglicherweise andere Möglichkeiten, sich zu ernähren. Der Befund wirft auch Fragen zur Geschichte von Galaxien auf. Wenn Schwarze Löcher leise wachsen können, dann haben sich einige der größten Schwarzen Löcher im Universum möglicherweise durch stetige Akkretion und nicht durch dramatische Kollisionen gebildet.

Was als Nächstes geschieht

Die Arbeit öffnet eine Tür, anstatt sie zu schließen. Sie zeigt, dass schwarze Löcher ohne Verschmelzungen wachsen können, erklärt aber nicht, wie. Zukünftige Arbeiten werden voraussichtlich die Mechanismen untersuchen, die es bulgellos scheinenden Galaxien ermöglichen, das Wachstum von schwarzen Löchern aufrechtzuerhalten. Das könnte die Untersuchung der Gasströme beinhalten, die Materie zum galaktischen Zentrum bringen, oder die Bedingungen, die die Akkretion auslösen. Fürsorglich ist die Aussage einfach: Schwarze Löcher benötigen keine Galaxienverschmelzungen, um zu wachsen. Sie können dies eigenständig tun. Die Autoren der Arbeit beschreiben den Befund als ein Zeichen dafür, dass schwarze Löcher nicht unbedingt Galaxienverschmelzungen benötigen, um normal zu wachsen. Das ist die ehrliche Reaktion auf ein überraschendes Ergebnis.

Quelle: “Black holes may grow quietly alongside galaxies even without violent mergers,” Phys.org.