Ein internationales Team unter der Leitung des Cosmic Frontier Center der University of Texas in Austin hat ein supermassereiches Schwarzes Loch im Herzen einer Galaxie namens CAPERS-LRD-z9 identifiziert. Dieses Himmelsobjekt existierte bereits 500 Millionen Jahre nach dem Urknall, was es zum am weitesten entfernten bestätigten Schwarzen Loch macht, das je beobachtet wurde. Das Licht, das wir heute empfangen, ist 13,3 Milliarden Jahre zu uns unterwegs gewesen und gewährt uns einen Einblick in das Universum in seinen Anfängen.
Um dieses Schwarze Loch zu entdecken, verwendeten die Forscher Spektroskopie, eine Technik, die Licht in seine verschiedenen Wellenlängen zerlegt. Sie suchten nach der spezifischen Signatur von Gas, das sich mit hoher Geschwindigkeit um das Schwarze Loch bewegt, was das Licht ins Rote oder Blaue verschiebt. Diese Methode ermöglicht es, die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs mit großer Genauigkeit zu bestätigen, da nur wenige andere Phänomene ein solches Signal erzeugen.
Künstlerische Darstellung von CAPERS-LRD-z9, das das älteste bestätigte Schwarze Loch beherbergt. Das supermassereiche Schwarze Loch ist von einer dicken Gaswolke umgeben, die der Galaxie ihre charakteristische rote Farbe verleiht.
Bildnachweis: Erik Zumalt, The University of Texas at Austin Das James-Webb-Weltraumteleskop lieferte die notwendigen Daten durch sein CAPERS-Programm, das entwickelt wurde, um die entferntesten Galaxien zu untersuchen. Seit seinem Start im Jahr 2021 bietet dieses Teleskop einen beispiellosen Einblick in die Tiefen des Universums. Die Beobachtungen zeigten, dass CAPERS-LRD-z9 zu einer neuen Klasse von Galaxien gehört, die als "Kleine Rote Punkte" bezeichnet werden. Diese sind kompakt, rot und sehr leuchtstark.
Die außergewöhnliche Helligkeit dieser Galaxien deutet auf die Anwesenheit von supermassereichen Schwarzen Löchern hin und nicht auf eine Fülle von Sternen. Durch die Aufnahme von Materie erzeugen Schwarze Löcher intensives Licht und Energie. Die charakteristische rote Farbe könnte auf eine dichte Gaswolke zurückzuführen sein, die das Schwarze Loch umgibt, das Licht filtert und rötlicher erscheinen lässt.
Die Masse des Schwarzen Lochs in CAPERS-LRD-z9 wird auf das 300-millionenfache der Sonnenmasse geschätzt, was bis zur Hälfte der Sternmasse seiner Galaxie ausmacht. Eine solche Größe so früh in der Geschichte des Universums stellt die aktuellen Modelle zur Entstehung von Schwarzen Löchern in Frage. Astronomen glauben, dass diese Objekte viel schneller gewachsen sein könnten als erwartet oder dass sie anfänglich massereicher waren.
Zukünftige Beobachtungen mit dem James-Webb-Teleskop werden die Untersuchung von CAPERS-LRD-z9 vertiefen und die Rolle Schwarzer Löcher in der Entwicklung der Kleinen Roten Punkte verstehen helfen. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven auf die Prozesse, die das frühe Universum geprägt haben.
Wie entdecken Astronomen entfernte Schwarze Löcher?
Astronomen verwenden hauptsächlich Spektroskopie, um Schwarze Löcher zu identifizieren. Diese Technik analysiert das von Himmelsobjekten ausgesendete Licht, indem es in verschiedene Farben oder Wellenlängen zerlegt wird. Jedes chemische Element oder jede physikalische Bedingung erzeugt eine einzigartige Signatur im Lichtspektrum.
Bei Schwarzen Löchern suchen Forscher nach Anzeichen von Gas, das sich mit extremen Geschwindigkeiten bewegt. Wenn Materie in ein Schwarzes Loch fällt, beschleunigt sie und emittiert Licht. Licht von Gas, das sich von uns entfernt, wird rotverschoben, während sich näherndes Licht blauverschoben wird, ein Phänomen, das als Doppler-Effekt bekannt ist.
Diese spektrale Signatur ist selten und charakteristisch, da nur wenige andere astrophysikalische Phänomene sie erzeugen können. Durch den Vergleich dieser Daten mit theoretischen Modellen können Wissenschaftler die Anwesenheit eines Schwarzen Lochs bestätigen und seine Masse und Aktivität abschätzen.
Das James-Webb-Weltraumteleskop verbessert diese Fähigkeit mit seinen fortschrittlichen Instrumenten erheblich, indem es Infrarotwellenlängen beobachtet, die ideal für die Untersuchung sehr entfernter und alter Objekte im Universum sind.
Was ist ein "Kleiner Roter Punkt" in der Astronomie?
"Kleine Rote Punkte" sind eine kürzlich entdeckte Klasse von Galaxien, die in den ersten 1,5 Milliarden Jahren des Universums existierten. Sie zeichnen sich durch ihre geringe Größe, ihre intensive rote Farbe und ihre überraschende Helligkeit aus, was sie von den zuvor beobachteten typischeren Galaxien unterscheidet.
Im Gegensatz zu normalen Galaxien, bei denen die Helligkeit hauptsächlich von Sternen stammt, wird die Helligkeit der Kleinen Roten Punkte oft der Aktivität supermassereicher Schwarzer Löcher in ihrem Zentrum zugeschrieben. Diese Schwarzen Löcher heizen durch Akkretion von Materie das umgebende Gas auf und ionisieren es, wodurch sehr helles Licht erzeugt wird.
Die rote Farbe dieser Galaxien kann durch das Vorhandensein dichter, staubiger Gaswolken um das Schwarze Loch erklärt werden. Diese Wolken absorbieren und verteilen das Licht neu, wodurch es röter erscheint. Dies steht im Gegensatz zu blauen Galaxien, die generally reich an jungen, heißen Sternen sind.
Die Erforschung der Kleinen Roten Punkte hilft Astronomen zu verstehen, wie sich die ersten Strukturen des Universums gebildet und entwickelt haben. Sie könnten eine wichtige Phase in der Entwicklung von Galaxien und supermassereichen Schwarzen Löchern darstellen.
Quelle: The Astrophysical Journal Letters