Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop gesammelte Beobachtungen haben ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch entdeckt, dessen Masse 9 Millionen Mal so groß ist wie die der Sonne, das aktiv wächst und Materie aus dem Raum um es herum absorbiert. 570 Millionen Jahre nach dem Urknall ist es das erste supermassereiche Schwarze Loch, das wächst, obwohl Wissenschaftler hoffen, dass es diesen Rekord nicht lange halten wird.
Ein Schwarzes Loch wurde in einer der frühesten jemals entdeckten Galaxien gefunden, früher bekannt als EGSY8p7, und seitdem in CEERS 1019 umbenannt. Seine Entdeckung könnte dazu beitragen, eines der größten Rätsel des frühen Universums zu lösen: wie die Schwarzen Löcher in der Cosmic Dawn in so kurzer Zeit so groß wurden.
Ein von der Astrophysikerin Rebecca Larson von der University of Texas in Austin verfasster Artikel über die Entdeckung erscheint in einer Sonderausgabe des Astrophysical Journal. „Wir haben den am weitesten entfernten aktiven Galaxienkern (AGN) und das älteste Schwarze Loch gefunden, das wir je gefunden haben“, sagte Larson gegenüber ScienceAlert. Larson beobachtete CEERS 1019 ursprünglich im Rahmen ihrer Arbeit, die das Licht untersuchte, das bei der Sternentstehung im sehr frühen Universum erzeugt wurde.
Es wird angenommen, dass dieses Licht, Lyman-Alphastrahlung genannt, durch die Ionisierung von neutralem Wasserstoff während der Sternentstehung erzeugt wird. Das frühe Universum war mit einem Nebel aus neutralem Wasserstoff gefüllt, der die Ausbreitung von Licht verhinderte. Erst nachdem dieser Wasserstoff ionisiert war, konnte sich Licht frei ausbreiten.
Dieses Zeitalter der Reionisierung ist bekanntlich noch nicht vollständig erforscht. Wir wissen, dass es in der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren geschah, aber es ist sehr schwierig, so weit in das frühe Universum zu blicken. CEERS 1019 und mehrere andere ultrafrühe Galaxien sind hervorragende Objekte für diese Studie, da sie relativ hell sind. Die Galaxie wurde 2015 in Hubble-Daten identifiziert und war zu diesem Zeitpunkt die früheste und am weitesten entfernte beobachtete Galaxie.
Weitere Beobachtungen bestätigten seine Existenz, detailliertere Informationen blieben jedoch aus: Das früheste Licht im Universum hat sich aufgrund der Expansion des Universums so weit in den Infrarotbereich des Spektrums verschoben, dass ein leistungsstarkes spezielles Infrarotinstrument wie JWST benötigt wird um es zu studieren.
Als JWST erschien, wurde CEERS 1019 – die hellste der Hubble-Galaxien dieser Ära – zu einem offensichtlichen Ziel. Das Teleskop blickte mit allen vier Instrumenten nur eine Stunde lang auf die Galaxie, lieferte aber eine Fülle von Daten.
Dann bemerkte Larson etwas, was sie nicht ganz erwartet hatte. Zusätzlich zur hellen Sternentstehung gab es ein breites Emissionsmerkmal, das normalerweise mit AGN in Verbindung gebracht wird. Als sie einigen AGN-Forschern davon erzählte, wurde es interessant. Typischerweise emittiert eine Galaxie im frühen Universum entweder Licht einer Supernova oder Licht der Sternentstehung. Beide in derselben Galaxie zu sehen, war äußerst unerwartet.
„Wir haben wochenlang darüber gestritten, dass es so sein sollte, dass es das eine oder das andere sein sollte. Und es stellt sich heraus, dass es beides ist. Es gibt einen gewissen Einfluss des Schwarzen Lochs auf die Emissionslinien, die wir sehen, aber der Großteil des Lichts, das wir auf unseren Bildern sehen, wird immer noch vom sternbildenden Teil der Galaxie dominiert.“ Dass ein supermassereiches Schwarzes Loch vor mehr als 13,2 Milliarden Jahren existierte und immer weiter wuchs, ist nicht so überraschend, wie Sie vielleicht denken.
Im frühen Universum wurden viel größere Schwarze Löcher entdeckt. J1342+0928, eine Quasigalaxie, die 690 Millionen Jahre nach dem Urknall entdeckt wurde, verfügt über ein supermassereiches Schwarzes Loch mit der Größe von 800 Millionen Sonnen. Das Schwarze Loch in J0313-1806, das 670 Millionen Jahre nach dem Urknall entdeckt wurde, hat eine Größe von 1,6 Milliarden Sonnen.
Beide Quasare werden von der AGN-Emission dominiert. Laut Larson und ihren Kollegen ist CEERS 1019 ein Zwischenstadium: der Punkt zwischen späteren, größeren, AGN-dominierten Galaxien und wie sich diese Galaxien und ihre Schwarzen Löcher überhaupt zu bilden begannen. Beim Blick auf das supermassive Schwarze Loch in CEERS 1019 gehen Forscher davon aus, dass das Objekt durch den Kollaps eines massereichen Objekts entstanden ist, etwa eines der frühesten Sterne im Universum. Diese Sterne waren viel, viel größer als die Sterne, die wir heute um uns herum sehen, sodass ein Schwarzes Loch aus einem solchen Kollaps einen Vorsprung auf dem Weg zur Supermasse hätte.
Wie Larson betont, wurden die Ergebnisse in nur einer Stunde Beobachtungszeit erzielt. Es wird erwartet, dass wirklich tiefe Beobachtungen weiter entfernte und sogar lichtschwächere Galaxien aufdecken, die uns endlich helfen werden, zu verstehen, wie das Universum entstand und wie es wuchs.
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