Schwarze Löcher im jungen Kosmos verbergen sich in dichten Kokons aus Gas
Seit mehreren Jahren rätseln Astronomen über „kleine rote Punkte“ im jungen Universum, die auf Aufnahmen des Weltraumteleskops James Webb sichtbar sind. Jetzt hat ein internationales Forschungsteam offenbar das Rätsel gelöst: Es handelt sich demnach um sehr massereiche Schwarze Löcher, die sich in gewaltigen Kokons aus Wasserstoff-Gas verbergen. Dadurch täuschen sie bislang unerklärliche Eigenschaften vor, wie die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“ berichten.
„Wir beobachten diese jungen Schwarzen Löcher in einer rasanten Wachstumsphase, in die wir bislang keinen Einblick hatten“, erläutert Astrophysiker Darach Watson von der Universität Kopenhagen, einer der Leiter des Teams. „Der dichte Kokon aus Gas liefert das Material für das schnelle Wachstum der Schwarzen Löcher.“
Das am 25. Dezember 2021 gestartete Webb-Teleskop erreichte am 24. Januar 2022 seine Zielposition 1,5 Millionen Kilometer entfernt auf der sonnenabgewandten Seite der Erde. Mitte Juli 2022 nahm das Teleskop mit seinem 6,5 Meter großen Hauptspiegel den regulären wissenschaftlichen Betrieb auf – und stieß bereits in den ersten Wochen auf ein neues, rätselhaftes Phänomen: Kleine rote Punkte, die auf den ersten Blick wie Sterne aussahen, sich aber nicht in unserer Milchstraße befinden, sondern weit entfernt im jungen Kosmos.
Etwa 13,2 Milliarden Jahre benötigt das Licht der mysteriösen Objekte, um zur Erde zu gelangen – entsprechend weit in die Vergangenheit blicken die Himmelsforscher. Die kleinen roten Punkte existierten demnach bereits etwa 600 Millionen Jahre nach dem Urknall, mit dem unser Universum vor 13,8 Milliarden Jahren seinen Anfang nahm. Etwa 350 der „kleinen roten Punkte“ haben Astronomen inzwischen auf Bildern des Webb-Teleskops identifiziert.
Worum konnte es sich bei diesen zuvor unbekannten Objekten handeln? Die Astronomen favorisierten zwei mögliche Erklärungen – die jedoch beide Probleme aufwarfen. Es könnte sich, so die erste Hypothese, um junge Galaxien mit einer explosionsartigen Entstehung neuer Sterne handeln. Doch dann müssten diese jungen Galaxien mehr Masse enthalten als unsere Milchstraße – was 600 Millionen Jahre nach dem Urknall viel zu groß wäre.
Die zweite Hypothese vermutet sehr massereiche Schwarze Löcher hinter dem Phänomen. Extreme Schwarze Löcher mit der millionen- oder gar milliardenfachen Masse unserer Sonne finden sich in den Zentren nahezu aller Galaxien, das macht diese Erklärung attraktiv für die Forscher. Doch aus der Strahlung der kleinen roten Punkte ergibt sich für diesen Fall für die Schwarzen Löcher eine Masse, die viel zu groß für diese frühe Phase der kosmischen Entwicklung wäre. Zudem: Derart große Schwarze Löcher senden fast immer auch Radio- und Röntgenstrahlung aus, die jedoch bei den kleinen roten Punkten fast vollständig fehlt.
Watson und seine Kollegen haben jetzt zwölf der rätselhaften Objekte noch einmal einer genauen Analyse unterzogen. Dabei stießen sie auf untrügliche Zeichen dafür, dass die beobachtete Strahlung stark gestreut worden ist. Die Strahlung, so die Schlussfolgerung der Wissenschaftler, entsteht also offenbar im Inneren einer dichten Wolke aus Wasserstoff-Gas. Bei der Durchquerung dieses Gas-Kokons wird die Strahlung gestreut und verändert sich – und ruft so einen falschen Eindruck über die ursprünglichen Quelle hervor.
Das Team hat nun diesen Einfluss in seiner Analyse korrigiert – und damit eine Erklärung für die kleinen roten Punkte gefunden. Es handelt sich demnach tatsächlich um sehr massereiche Schwarze Löcher – die allerdings mit einer Masse von 100.000 bis 10 Millionen Sonnenmassen keineswegs so extrem sind, wie zunächst angenommen. Schwarze Löcher dieser Größe könne es 600 Millionen Jahre nach dem Urknall bereits geben, betonen die Forscher. Und der dichte Gas-Kokon schirme außerdem die Radio- und Röntgenstrahlung der Schwarzen Löcher zu einem großen Teil ab.
Weitere Beobachtungen möglichst vieler der kleinen roten Punkte sollen nun die Ergebnisse von Watson und seinen Kollegen bestätigen. Zugleich könnten sie einen Einblick in diese bislang unzugängliche Phase des Wachstums supermassereicher Schwarzer Löcher geben. Denn bislang wissen die Astronomen nur wenig darüber, wie diese Schwerkraft-Monster in den Zentren von Galaxien entstanden und so schnell gewachsen sind.
Bildquelle: CEERS; Finkelstein et al.
