Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat das bisher klarste Bild der Region um ein supermassereiches Schwarzes Loch geliefert und damit eine jahrzehntelange Debatte darüber gelöst, was ungewöhnliche Infrarothelligkeit in der Nähe dieser galaktischen Triebwerke verursacht. Neue Daten von JWST bestätigen, dass dieses überschüssige Licht nicht von Material stammt, das vom Schwarzen Loch ausgestoßen wird, sondern von Staub und Gas, die aktiv in das Schwarze Loch hineinfallen. Diese Entdeckung verfeinert unser Verständnis darüber, wie Schwarze Löcher wachsen und wie sie die Galaxien, in denen sie leben, beeinflussen.
Das Rätsel der Infrarotemissionen
Seit über 20 Jahren beobachten Astronomen einen unerwarteten Überschuss an Infrarotstrahlung um supermassereiche Schwarze Löcher (SMBHs) in aktiven Galaxien. Die vorherrschende Theorie ging davon aus, dass diese Helligkeit von überhitzten Ausflüssen herrührte – Materieströmen, die aus der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs weggeschleudert wurden. Diese Erklärung stimmte jedoch nie vollständig mit den Beobachtungen überein.
JWSTs Durchbruch in der Circinus-Galaxie
Eine aktuelle, in Nature Communications veröffentlichte Studie nutzte JWST, um die Circinus-Galaxie zu untersuchen, die 13 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Durch die Kombination der scharfen Bilder des JWST mit bodengestützten Beobachtungen fanden Forscher heraus, dass etwa 87 % der überschüssigen Infrarotemissionen von der Materialscheibe stammen, die spiralförmig in das SMBH hineinfließt. Diese als Akkretionsscheibe bekannte Scheibe entsteht, wenn Gas und Staub auf das Schwarze Loch fallen und durch die Gravitationskräfte auf extreme Temperaturen erhitzt werden.
Das Team nutzte das Aperturmaskierungsinterferometer (AMI) von JWST, um die Auflösung des Teleskops effektiv zu verdoppeln und so eine beispiellose Klarheit zu ermöglichen. Wie Joel Sanchez-Bermudez, ein Astrophysiker an der Nationalen Universität von Mexiko, erklärt, entspricht dies der Beobachtung mit einem 13-Meter-Teleskop anstelle von Webbs Standardgröße von 6,5 Metern.
Schwarze Löcher: Donuts, Scheiben und Dynamik
Aktive Schwarze Löcher ernähren sich von einem Ring aus Gas und Staub, der einem Donut ähnelt (Torus genannt). Wenn Material in das Schwarze Loch fällt, bildet es eine dünnere, schneller rotierende Akkretionsscheibe. Die Reibung innerhalb dieser Scheibe erzeugt starke Hitze und Licht und verdeckt das Schwarze Loch selbst.
Schwarze Löcher verbrauchen nicht alles; Sie schleudern auch etwas Materie in Form von Jets oder Winden aus. Das Verständnis des Zusammenspiels zwischen diesen Zu- und Abflüssen ist entscheidend, um zu bestimmen, wie Schwarze Löcher Materie ansammeln, die Sternentstehung beeinflussen und letztendlich ihre Muttergalaxien formen.
Implikationen und zukünftige Forschung
Die Ergebnisse des JWST beseitigen eine seit langem bestehende Unsicherheit über die Quelle der Infrarotemissionen. Es unterstreicht auch die Leistungsfähigkeit der Interferometrie zur Untersuchung dieser extremen Umgebungen. Forscher werden diese Technik nun auf andere aktive SMBHs anwenden und versuchen herauszufinden, ob die Dominanz von plattengetriebenen Emissionen universell ist.
Zukünftige Beobachtungen werden versuchen zu bestätigen, ob dieser Akkretionsprozess die Sternentstehung in der Zentralregion von Circinus unterdrückt. Diese Forschung zeigt die einzigartige Fähigkeit von JWST, bisher ungesehene Details in den extremsten Umgebungen des Universums aufzulösen.
Die Entdeckung stellt einen bedeutenden Fortschritt beim Verständnis der komplexen Dynamik von Schwarzen Löchern und ihrer Rolle in der galaktischen Entwicklung dar.
