Mit dem leistungsstarken James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben Astronomen ein bemerkenswertes supermassereiches Schwarzes Loch aus einer Zeit des frühen Kosmos entdeckt, die als „kosmischer Mittag“ bekannt ist, etwa 4 Milliarden Jahre nach dem Urknall. Diese Entdeckung wirft ein neues Licht darauf, wie diese Giganten, die millionen- oder sogar milliardenfach so groß sind wie die Masse unserer Sonne, zu so immensen Größen heranwachsen.
Das Geheimnis der „Little Red Dots“
JWST hat eine neue Klasse faszinierender Objekte im frühen Universum enthüllt, die als „kleine rote Punkte“ bezeichnet werden. Dabei handelt es sich um kleine, helle Lichtflecken, die dank der fortschrittlichen Infrarotfähigkeiten von JWST erst seit Kurzem erkennbar sind. Während ihr Name auf eine geringe Größe schließen lässt, ist ein neuerer Fund mit dem Spitznamen „BiRD“ (Big Red Dot) alles andere als winzig – er besitzt eine Masse, die 100 Millionen Sonnen entspricht.
Wie Schwarze Löcher leuchten
Schwarze Löcher selbst emittieren kein Licht; Ihre starke Schwerkraft fängt alles ein, was hineinfällt. Wenn sie jedoch von reichlich Materie umgeben sind und sich aktiv ernähren, erzeugen sie unglaublich helle Objekte, die Quasare genannt werden. Das Licht dieser Quasare kann große Entfernungen zurücklegen, wobei das Licht von BiRD über 10 Milliarden Jahre zurückgelegt hat, um die Erde zu erreichen.
BiRD lokalisieren
BiRD wurde in derselben Himmelsregion identifiziert wie ein zuvor bekannter Quasar, J1030+0524 (J1030), ein supermassereiches Schwarzes Loch, das sich bereits von Materie ernährt und sich etwa 12,5 Milliarden Lichtjahre entfernt befindet. Das Forschungsteam des National Institute for Astrophysics (INAF) analysierte zunächst Bilder und Spektren des Nahinfrarotkamera-Instruments (NIRCam) des JWST und entdeckte einen ungewöhnlichen Punkt im Infrarotlicht, der bei früheren Röntgen- und Radiobeobachtungen nicht entdeckt worden war.
„Ausgehend von den kalibrierten Bildern wurde ein Katalog der im Feld vorhandenen Quellen entwickelt“, erklärte Federica Loiacono, Teamleiterin und INAF-Forschungsstipendiatin. „Dort fiel uns BiRD auf: ein helles, punktförmiges Objekt, das allerdings kein Stern war und auch nicht in den bestehenden Röntgen- und Radiokatalogen auftauchte.“
Das Spektrum analysieren: Geheimnisse enthüllen
Die Analyse des BiRD-Spektrums durch das Team, eine detaillierte Aufschlüsselung der Wellenlängen des Lichts, lieferte entscheidende Informationen. Verschiedene Elemente absorbieren und emittieren Licht mit bestimmten Frequenzen und hinterlassen einzigartige „Fingerabdrücke“ im Spektrum. Dadurch konnten Forscher das Vorhandensein von Wasserstoff und Helium in der Umgebung von BiRD identifizieren.
„Wir haben deutliche Signale von Wasserstoff gefunden – insbesondere die Linie namens Paschen-Gamma, eine leuchtende Signatur, die das Vorhandensein von ionisiertem Wasserstoff anzeigt – und Helium, das auch in der Absorption sichtbar ist“, sagte Loiacono. Diese Spektralanalyse lieferte auch eine Schätzung der Entfernung und Masse von BiRD.
Was macht BiRD einzigartig?
Kleine rote Punkte bleiben im Allgemeinen ein kosmisches Rätsel. Es gibt viele Theorien, einschließlich der Möglichkeit, dass es sich dabei um eine neue Art von Himmelsobjekten namens „Schwarze-Loch-Sterne“ handelt. Das Fehlen einer starken Röntgenemission dieser Objekte ist jedoch verwirrend, da gefräßige Schwarze Löcher voraussichtlich intensive Röntgenstrahlen erzeugen.* Eine mögliche Erklärung ist, dass diese Objekte immer noch von dicken Hüllen aus Gas und Staub umgeben sind, die Röntgenstrahlung absorbieren und gleichzeitig Infrarotlicht durchlassen.
BiRD ist besonders bemerkenswert, da seine Eigenschaften nur zwei anderen bekannten kleinen roten Punkten mit ähnlichen spektralen Eigenschaften sehr ähneln. Dies deutet darauf hin, dass sie zur selben Objektfamilie gehören.
Die Entwicklung von Schwarzen Löchern neu denken
Die Entdeckung von BiRD und seiner Familie erfordert möglicherweise eine Neubewertung des Wachstums und der Entwicklung supermassiver Schwarzer Löcher. Frühere Berechnungen deuteten darauf hin, dass diese Objekte vor etwa 11 Milliarden Jahren seltener geworden sein dürften. Die Berechnungen dieses Teams deuten jedoch auf eine überraschende Fülle kleiner roter Punkte während des „kosmischen Mittags“ hin, was diese Annahme widerlegt.
„Die Herausforderung besteht nun darin, die Studie auf eine größere Anzahl nahe gelegener LRDs auszudehnen, die wir detaillierter untersuchen können als entfernte, um ein vollständigeres Bild zu erstellen“, schloss Loiacono. „JWST hat eine neue Grenze in der extragalaktischen Astrophysik eröffnet und Objekte enthüllt, von deren Existenz wir nicht einmal ahnten, und wir stehen erst am Anfang dieses Abenteuers.“
Die Entdeckung von BiRD unterstreicht die Fähigkeit des James-Webb-Weltraumteleskops, bisher ungesehene Details über das frühe Universum und seine Bewohner zu enthüllen und so zu einem tieferen Verständnis der Entstehung und Entwicklung massiver Schwarzer Löcher zu führen.
