Wie entstanden die sichtbaren Strukturen des Universums?

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Das Bild zeigt die aktive Galaxie M87 (HST): Ein Materie verschlingendes Schwarzes Loch erzeugt die enorme Helligkeit dieser Galaxie. // © J. A. Biretta et.al, Hubble Heritage Team (STScl/AURA), NASA

Im Universum gibt es Milliarden von Galaxien. Sie unterscheiden sich stark in ihrem Aussehen, ihrer Größe, ihrer Zusammensetzung und ihrem Alter. Gemeinsam haben sie jedoch, dass sich in ihren Zentren jeweils ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet - und sich innerhalb jeder Galaxie faszinierende Dinge abspielen: Aus kalten, dichten Gaswolken werden mittels Gravitationskollaps neue Sterne geboren. Im Laufe ihres Lebens werfen sie einen großen Teil ihrer neu gebildeten Materie in stellaren Winden und schlussendlich in Supernovae zurück ins All. Diese wiederum formt sich zu neuen Materiewolken, aus denen sich später chemisch angereicherte Sterne bilden, in deren Staubscheiben neue Planeten entstehen.

Diese Prozesse werden von der Schwerkraft getrieben. Doch dominiert wird die galaktische Entwicklung von einer Masse, deren Natur bisher unbekannt ist, und die Wissenschaftler daher „Dunkle Materie“ nennen: Galaxien bilden sich in riesigen kugelförmigen Bereichen Dunkler Materie, den so genannten Halos. Diese Halos wiederum sind durch Ansammlung Dunkler Materie aus dem Kosmos und durch Vereinigung mit anderen Halos entstanden. Aus Beobachtungen, Modellen und Simulationen wissen die Forscher, dass sich die große Vielfalt an unterschiedlichen Galaxien aus ihrer Entwicklung über kosmischen Zeiträume erklären lässt: Eine Galaxie wächst normalerweise sehr langsam, indem sie die Gasströme der kosmischen Umgebung aufsaugt. Sehr selten verschmilzt sie mit einer anderen großen Galaxie und gewinnt dadurch plötzlich sehr viel Masse.

Galaxien sind das Ergebnis einer komplexen Physik. Die Erkenntnis, dass offenbar in jeder Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch sitzt, ist noch relativ neu. Nun haben die Wissenschaftler außerdem beobachtet, dass es einen starken Zusammenhang zwischen der Masse eines Schwarzen Lochs und den Eigenschaften der sie umgebenden Galaxie gibt. In der Research Area F arbeiten die Wissenschaftler daher daran, die kosmische Evolution der Galaxien und die Verbindung zwischen der Entstehung einer Galaxie und ihres supermassereichen Schwarzen Loches sowie die Bildung von Sternen und Planeten besser zu verstehen.

 

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