Ein erstmals beobachtetes Phänomen könnte die Entstehung supermassiver Schwarzer Löcher erklären

James Webb hat ein Ereignis aufgezeichnet, das erklären könnte, wie supermassive Schwarze Löcher im Universum entstanden sind.

Das von James Webb beobachtete Objekt wurde aufgrund seiner besonderen Form „Infinity Galaxy“ (Unendliche Galaxie) getauft und könnte eine der großen Fragen der Astronomie beantworten: Wie entstehen supermassive Schwarze Löcher? Bildquelle: NASA/JWST
Das von James Webb beobachtete Objekt wurde aufgrund seiner besonderen Form „Infinity Galaxy“ (Unendliche Galaxie) getauft und könnte eine der großen Fragen der Astronomie beantworten: Wie entstehen supermassive Schwarze Löcher? Bildquelle: NASA/JWST

Im Jahr 2021 wurde das James-Webb-Weltraumteleskop mit dem Auftrag gestartet, einige der drängendsten offenen Fragen der Astronomie zu beantworten. Die Hauptziele bestanden darin, die ersten Galaxien des Universums zu beobachten, um herauszufinden, wie sie entstanden sind und wie die frühesten Sterne aussahen. Webb hatte außerdem die Aufgabe, zu verstehen, wie supermassive Schwarze Löcher entstanden sind und wie sie in die Zentren von Galaxien gelangt sind.

Seit Beginn der Beobachtungen im Jahr 2022 hat Webb mehrere Hinweise entdeckt. Am bemerkenswertesten war die Erkenntnis, dass frühe Galaxien bereits viel größer waren als erwartet. Auch supermassive Schwarze Löcher waren massereich und befanden sich bereits im Zentrum der Galaxien. Im Laufe der Beobachtungen wurden verschiedene Entstehungstheorien verworfen, während andere in der wissenschaftlichen Gemeinschaft an Bedeutung gewannen.

Diese Woche haben die Beobachtungen von James Webb möglicherweise ein Phänomen erfasst, das die Entstehung supermassiver Schwarzer Löcher erklären könnte. Die Bilder stammen von einem Objekt, das als Infinity-Galaxie bekannt ist. Diese Galaxie könnte Hinweise auf den ersten beobachteten Fall eines direkten Kollapses in ein supermassives Schwarzes Loch enthalten.

Wenn sich dies bestätigt, könnte dies das fehlende Puzzleteil sein, das erklärt, wie sich riesige supermassive Schwarze Löcher im frühen Universum so schnell gebildet haben.

Supermassive Schwarze Löcher

Supermassive Schwarze Löcher erreichen Massen, die Millionen- bis Milliardenfacher der Masse der Sonne betragen. Jede Galaxie beherbergt eines in ihrem Zentrum. Unsere eigene Milchstraße beherbergt ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 4 Millionen Sonnenmassen, das Sgr A* genannt wird. Ihre Existenz lässt sich anhand der Bewegung benachbarter Sterne ableiten, die von ihrer immensen Schwerkraft beeinflusst werden.

Sgr A* wurde 2002 entdeckt, als die Astrophysikerin Andrea Ghez die Umlaufbahnen von Sternen im Zentrum unserer Galaxie untersuchte. Es wurde 2017 vom Event Horizon Telescope abgebildet, und dieses Bild wurde 2022 veröffentlicht.

Ein weiteres intensiv untersuchtes Beispiel ist M87*, ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 7 Milliarden Sonnenmassen im Zentrum der Galaxie M87. Trotz jahrzehntelanger Forschung ist nach wie vor unklar, wie diese Giganten entstanden sind – und wie sie in die Zentren der Galaxien gelangt sind. Die führende Theorie ist die Hypothese des direkten Kollapses, die ihr frühes Auftreten in der kosmischen Geschichte erklärt.

Direkter Zusammenbruch

Frühe Vorstellungen gingen davon aus, dass supermassive Schwarze Löcher langsam wuchsen, indem kleinere Schwarze Löcher fusionierten und im Laufe der Zeit Masse akkretierten. Beobachtungen massereicher Schwarzer Löcher im jungen Universum zeigen jedoch, dass für ein solch allmähliches Wachstum nicht genügend Zeit zur Verfügung stand. Daher ist der direkte Kollaps – bei dem riesige Gaswolken unter dem Einfluss der Schwerkraft schnell implodieren und ein großes Schwarzes Loch bilden – zur bevorzugten Erklärung geworden. Dieser Prozess ist weitaus effizienter als der langsame Aufbau aus einem Stern mit der Masse eines Sterns.

Unendliche Galaxie

Diese Woche veröffentlichte die NASA Webbs Beobachtungen eines Objekts, das als „Infinity Galaxy“ (Unendlichkeit-Galaxie) bezeichnet wird. Sein Name leitet sich von der Form einer Acht ab, die durch zwei kollidierende Spiralgalaxien entsteht, in deren Zentrum sich jeweils ein supermassives Schwarzes Loch befindet.

Besonders auffällig ist die Entdeckung eines dritten supermassiven Schwarzen Lochs, das sich nicht im Zentrum einer der beiden Galaxien befindet. Es befindet sich in einer gasreichen Region an der Kollisionsgrenze. Studien deuten darauf hin, dass es dort durch den direkten Kollaps einer dichten Gaswolke entstanden ist. Sollte sich dies bestätigen, wäre dies die erste direkte Beobachtung des Prozesses, der die Entstehung supermassiver Schwarzer Löcher erklären könnte.

Erste Beobachtung des Phänomens

Um andere Szenarien auszuschließen, untersuchten Astronomen, ob das Schwarze Loch möglicherweise aus einer dritten Galaxie stammt oder von einem anderen Ort ausgestoßen wurde. Beide Hypothesen wurden verworfen, als Daten zeigten, dass seine Geschwindigkeit mit der des umgebenden Gases übereinstimmte, was auf eine Entstehung an Ort und Stelle hindeutet.

Die Beweise deuten darauf hin, dass zwei Spiralgalaxien miteinander kollidierten, wodurch ihr Gas komprimiert und erhitzt wurde. Dadurch entstand eine ultradichte Tasche, die zu einem Schwarzen Loch kollabierte. Unterstützende Anzeichen sind eine ionisierte Gashülle um das Schwarze Loch und eine aktive Akkretion von Material in der Umgebung.

Quellenhinweis:

NASA’s Webb Finds Possible ‘Direct Collapse’ Black Hole