James Webb sieht ein gefräßiges schwarzes Loch, weit über das hinaus, was die Theorie vorhersagt

Es sind viele gefräßige Schwarze Löcher bekannt, aber LID-568, das kürzlich vom James-Webb-Teleskop beobachtet wurde, scheint sie alle zu übertreffen. Die Geschwindigkeit, mit der es Materie verschlingt, ist 40 Mal höher als die theoretischen Grenzwerte.

Wann sind die ersten Schwarzen Löcher entstanden, haben sie sich alle auf die gleiche Weise gebildet und wie haben sie sich im Laufe der Zeit entwickelt? Die Liste der Fragen, die die Astronomen zu beantworten versuchen, ist lang. Ihre Beantwortung erfordert eine gemeinsame Anstrengung von Beobachtungen und Theorie.

Beobachtungen geben Theoretikern Hinweise darauf, was ihre Modelle reproduzieren können sollten; Modelle erzeugen Eigenschaften, die durch Beobachtungen bestätigt werden müssen, um ihre Genauigkeit zu überprüfen. Auf dem Gebiet der schwarzen Löcher gibt es mehrere Programme, die darauf abzielen, die ersten schwarzen Löcher zu finden, d. h. die ersten, die nach dem Urknall entstanden sind.

Wo man nach den ersten schwarzen Löchern sucht

Die Suche nach den ersten Schwarzen Löchern findet im Inneren der ersten Galaxien statt, die nach dem Urknall entstanden sind. Da das Schwarze Loch das letzte Stadium in der Entwicklung eines massereichen Sterns ist, werden die Vorläufersterne der ersten Schwarzen Löcher im Inneren der ersten Galaxien gesucht . Diese Suche ist jedoch nicht einfach. Die ersten Galaxien, die nach dem Urknall entstanden sind, sind aufgrund der Expansion des Universums am weitesten von der Erde entfernt.

Das bedeutet, dass sie extrem lichtschwach sind und nur mit den größten Teleskopen gefunden und untersucht werden können. Aber das ist noch nicht alles. Da sie am weitesten entfernt sind, sind sie auch diejenigen, die sich am schnellsten von der Erde entfernen. Ihr Licht ist daher aufgrund des Dopplereffekts, der mit ihrer Entfernung zusammenhängt, stark rotverschiebt.

Bild der Akkretionsscheibe des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87. Credit: Event Horizon Telescope Collaboration.

Um diese Galaxien aufzuspüren und zu untersuchen, braucht man nicht nur sehr leistungsfähige Teleskope, sondern auch Teleskope, die sehr empfindlich für Infrarotlicht sind. Wer könnte beide Eigenschaften besser vereinen als das James Webb Teleskop. Es ist das leistungsstärkste Infrarotteleskop, das derzeit in Betrieb ist.

Was James Webb gefunden hat

Dem Weltraumteleskop ist es gelungen, eine sehr weit entfernte Zwerggalaxie im frühen Universum zu finden. Es handelt sich um eine Galaxie, die sich etwa 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall gebildet hat, d. h. als das Universum nur 10 % seines heutigen Alters hatte. Im Inneren dieser Galaxie wurde ein supermassereiches Schwarzes Loch beobachtet, was sie zu einer der interessantesten Galaxien für das Verständnis der Entstehung der ersten Schwarzen Löcher und ihrer Entwicklung macht.

Dieses Schwarze Loch heißt LID-568 und hat eine einzigartige Eigenschaft: Es verschlingt Materie mit einer Geschwindigkeit, die 40 Mal schneller ist als theoretisch vorhergesagt.

Das Schwarze Loch zieht dank seiner extrem hohen Gravitationskraft jeden Körper an, der sich ihm nähert. Die eingefangene Materie windet sich spiralförmig um das Schwarze Loch und bildet eine sehr heiße Scheibe, bevor sie in das Schwarze Loch fällt und dessen Masse erhöht. Aus diesem Grund wird die Scheibe, die das Schwarze Loch umgibt, als Akkretionsscheibe bezeichnet.

Die Akkretionsscheibe ist die einzige sichtbare Komponente des Schwarzen Lochs. Der Neutronenstern (das eigentliche Schwarze Loch) bleibt in der Tat immer unsichtbar. Die Scheibe hingegen ist aufgrund ihrer sehr hohen Leuchtkraft im gesamten elektromagnetischen Spektrum bis hin zum Röntgenbereich sichtbar.

Milchstraße — Bild der Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. Bildnachweis: Event Horizon Telescope.

Das Schwarze LochLID-568 war bereits vom Chandra-Satelliten, einem Röntgenbeobachtungssatelliten, im Rahmen des COSMOS Legacy Survey-Programms des Chandra-Röntgenobservatoriumsentdeckt worden. Seine wahre Natur als Schwarzes Loch war jedoch noch nicht verstanden worden. Es war James Webb, der dank seiner hohen Infrarotempfindlichkeit die sehr schwache Infrarotemission der Akkretionsscheibe entdeckte (die im Röntgenbereich viel heller leuchtet), was die Astronomen zur Entdeckung führte, dass es sich um ein Schwarzes Loch handelt.

Warum ist dies eine wichtige Entdeckung?

Die Untersuchung dieses neu entdeckten schwarzen Lochs wird dazu beitragen, zu verstehen , welches der beiden möglichen Szenarien für die Entstehung supermassereicher schwarzer Löcher glaubwürdiger ist.

Einem Szenario zufolge entstehen Schwarze Löcher im jungen Universum durch die Explosion von Supernovae aus den ersten Sternen, die im Universum entstanden sind. Einem anderen Szenario zufolge entstehen sie durch den Kollaps ursprünglicher Molekülwolken.

In beiden Fällen gibt es keine ausreichende Bestätigung durch Beobachtungen. Laut dem Astronomen Hyewon Suh, der das Team zur Erforschung dieses schwarzen Lochs leitete, zeigen die Eigenschaften von LID-568, dass das Wachstum des schwarzen Lochs unabhängig vom Szenario fast auf einmal stattfand, und zwar in einer einzigen, gewaltigen Akkretionsphase.

Quellenhinweis:

"A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST", Hyewon suh et al. 2024, Nature astronomy