Astronomen fanden kürzlich heraus, dass das Wachstum einer Galaxie und das Wachstum des supermassereichen Schwarzen Lochs in ihrem Zentrum viel gemeinsam haben. Indem sie einen Computer trainierten, die Daten zu untersuchen und zu modellieren, konnten die Wissenschaftler diese jahrzehntealte Theorie bestätigen.

Astronomen waren schon immer interessiert daran, wie Schwarze Löcher entstehen und wachsen. Die meisten Galaxien im Universum, wie unsere Milchstraße, haben ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum. Diese schwarzen Löcher sind so massereich, dass sie bis zu 100.000 oder sogar Millionen (oder Milliarden!) Mal massereicher als unsere Sonne werden können!

Um zu verstehen, wie Schwarze Löcher wachsen, hat ein Team unter der Leitung von Astronomen des National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) und der Universität von Arizona ein Computerprogramm entwickelt. Das Programm untersuchte die vorhandenen Astronomiedaten und schlug verschiedene Wege oder "Regeln" vor, um vorherzusagen, wie supermassereiche Schwarze Löcher im Laufe der Zeit wachsen.

Das Team entwickelte dann ein virtuelles Universum und benutzte dieselben Regeln, um das Wachstum von Milliarden von schwarzen Löchern darin zu modellieren, wie in dem Film Matrix von 1999.  Indem sie "sahen", wie Schwarze Löcher in einem virtuellen Universum wachsen, konnten die Astronomen testen, ob die gleichen Regeln auch für Beobachtungen von Schwarzen Löchern im realen Universum gelten. Nach dem Ausprobieren von einer Million Regelsätzen wählten die Computer diejenigen aus, die am besten mit den Beobachtungen in der Realität übereinstimmten.

Die Forscher fanden heraus, dass supermassereiche schwarze Löcher extrem schnell wuchsen, als das Universum nur wenige Milliarden Jahre alt war, und dass sich ihr Wachstum dann verlangsamte. Die Ergebnisse gehen Hand in Hand mit dem, was wir über die Entwicklung von Galaxien wissen: Auch sie wachsen heran, bilden in den ersten Jahren mit hoher Geschwindigkeit Sterne und verlangsamen sich dann, bis sie aufhören zu wachsen.

Mit diesen aufregenden Ergebnissen können die Astronomen nun untersuchen, wie Schwarze Löcher und ihre Wirtsgalaxien gleich schnell wachsen und was das Gleichgewicht zwischen der Galaxie und dem Schwarzen Loch in ihrem Zentrum aufrechterhält.
 

Bild: Dies ist eine Konzeptdarstellung: Durch maschinelles Lernen werden viele verschiedene Paarungen von Galaxien- und Schwarze-Loch-Modellen ausprobiert und dann die Paarung ausgewählt, die am besten zu den tatsächlichen Beobachtungen passt. Bildnachweis: (H. Zhang; M. Wielgus et al.; ESA/Hubble & NASA; A. Bellini)
 

Florian Seitz