Von Will Dunham
WASHINGTON (Reuters) – Im Herzen unserer Milchstraße liegt ein supermassereiches Schwarzes Loch mit etwa vier Millionen Sonnenmassen, genannt Sagittarius A*. Tatsächlich befinden sich diese Objekte, deren Masse mit der Zeit zunimmt, indem sie zu nahe kommende Materie frisst, in den Zentren der meisten Galaxien.
Doch seit das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA im Jahr 2022 in Betrieb genommen wurde, waren Astronomen überrascht, supermassive Schwarze Löcher im frühen Universum zu entdecken – früher, als sie es angesichts der Zeit, die es brauchte, um eine so große Masse zu sammeln, für möglich gehalten hätten. Neue Beobachtungen eines dieser urzeitlichen Schwarzen Löcher geben Aufschluss darüber, wie dies geschehen sein könnte – durch Episoden beschleunigten Wachstums.
Schwarze Löcher sind extrem dichte Objekte, deren Schwerkraft so stark ist, dass selbst Licht nicht entkommen kann. Dank ihrer enormen Anziehungskraft wachsen sie, indem sie Materialien wie Gas, Staub und Sterne ansaugen, die unglücklicherweise in der Nähe verirrt sind.
„Die Existenz supermassereicher Schwarzer Löcher im frühen Universum stellt unsere aktuellen Modelle der Bildung und des Wachstums von Schwarzen Löchern in Frage“, sagte der Astronom Hyewon Suh vom Gemini International Observatory in Hawaii und dem NOIRLab der US National Science Foundation, Hauptautor der veröffentlichten Studie im Tagebuch. Zeitschrift „Nature Astronomy“.
Bei Webbs neuen Beobachtungen handelt es sich um ein supermassereiches Schwarzes Loch namens LID-568, das existierte, als der Kosmos etwa 11 % seines heutigen Alters hatte – etwa 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall, der vor 13,8 Milliarden Jahren das Universum hervorbrachte. LID-568 hat eine Masse, die etwa 10 Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne oder 2 1/2 Mal so groß wie die von Sagittarius A*. Forscher haben die Masse ihrer ursprünglichen Galaxie noch nicht bestimmt.
Es wurde beobachtet, dass LID-568 schneller an Masse zunahm als bisher angenommen. Webb zeigte, dass LID-568, basierend auf seiner beobachteten Energieabgabe, ankommende Materie – bekannt als Akkretion – mehr als das 40-fache des hypothetischen Maximums, der sogenannten Eddington-Grenze, für diese Aktivität zu verbrauchen schien.
„Die Eddington-Grenze ist eine theoretische Grenze für die maximale Energieabgabe, die das Schwarze Loch durch den Akkretionsprozess erzeugen kann. Diese theoretische Grenze geht davon aus, dass die nach außen gerichtete Kraft der Strahlung, die während des Akkretionsprozesses erzeugt wird, die Schwerkraft des einströmenden Materials ausgleicht.“ sagte der Astronom. und Co-Autorin der Studie Julia Scharwächter vom Gemini Observatory und NOIRLab.
Es wird angenommen, dass diese ursprünglichen Schwarzen Löcher auf zwei Arten entstanden sind: entweder durch den explosiven Tod der ersten Generation von Sternen im Universum oder durch den Zusammenbruch großer Gaswolken im ursprünglichen Universum.
„Die Entdeckung von LID-568 legt nahe, dass ein erheblicher Teil des Massenwachstums während einer einzelnen schnellen Akkretionsepisode stattfinden kann. Dies könnte helfen zu erklären, wie sich supermassereiche Schwarze Löcher so früh im „Universum gebildet haben, unabhängig von ihrer Herkunft“, sagte Suh .
„Bisher fehlte uns die Beobachtungsbestätigung dafür, wie diese Schwarzen Löcher im frühen Universum so schnell wachsen konnten“, fügte Suh hinzu.
Ein Schlüsselzeichen für das Wachstum eines supermassiven Schwarzen Lochs ist die Emission von Röntgenstrahlung, hochenergetischer elektromagnetischer Strahlung mit sehr kurzen Wellenlängen. Materie, die um ein supermassereiches Schwarzes Loch wirbelt, bevor sie verbraucht wird, wird überhitzt und leuchtet hell im Röntgenwellenlängenbereich. Forscher entdeckten LID-568 zunächst mit dem Observatorium am Chandra-Röntgensystem der NASA und untersuchten es dann genauer mit Webbs Infrarot-Beobachtungsmöglichkeiten.
Webbs Beobachtungen deuten auf die Existenz eines Mechanismus hin, durch den ein Schwarzes Loch Materie schneller verschlingen kann als bisher angenommen.
„LID-568 ist aufgrund seiner extremen Wachstumsrate und der Tatsache, dass es so früh im Universum existiert, bemerkenswert“, sagte Suh. „Wir wissen noch nicht, wie LID-568 in der Lage ist, die Eddington-Grenze zu überschreiten. Um unsere Forschung voranzutreiben, benötigen wir mehr Daten, daher planen wir, Folgebeobachtungen mit Webb durchzuführen.“
(Berichterstattung von Will Dunham, Redaktion von Rosalba O’Brien)