Astronomen entdecken ein schwarzes Loch, das seine Heimatgalaxie „aushungert“.

Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA/ESA konnten Astronomen bestätigen, dass supermassive Schwarze Löcher ihren Wirtsgalaxien den Brennstoff entziehen können, den sie zur Bildung neuer Sterne benötigen. Ergebnisse werden in der Zeitschrift berichtet Naturastronomie.

Das internationale Team unter Mitleitung der Universität Cambridge beobachtete mit Webb eine Galaxie von etwa der Größe der Milchstraße im frühen Universum, etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall. Wie die meisten großen Galaxien hat sie in ihrem Zentrum ein supermassives schwarzes Loch. Allerdings ist diese Galaxie im Wesentlichen „tot“: Sie hat die Bildung neuer Sterne weitgehend eingestellt.

„Aufgrund früherer Beobachtungen wussten wir, dass sich diese Galaxie in einem erloschenen Zustand befindet: In Anbetracht ihrer Größe bilden sich nicht viele Sterne, und wir gehen davon aus, dass es eine Verbindung zwischen dem schwarzen Loch und dem Ende der Sternentstehung gibt“, sagte Co-Leitautor Dr. Francesco D’Eugenio vom Kavli Institute for Cosmology in Cambridge.

„Bis zu Webb konnten wir diese Galaxie jedoch nicht detailliert genug untersuchen, um diesen Zusammenhang zu bestätigen, und wir wussten nicht, ob dieser ausgelöschte Zustand vorübergehend oder dauerhaft ist.“

Diese Galaxie, die offiziell GS-10578 heißt, aber nach dem Kollegen, der sie im Detail beobachtete, den Spitznamen „Pablos Galaxie“ trägt, ist für eine so frühe Periode im Universum recht massereich: Ihre Gesamtmasse beträgt etwa das 200-Milliarden-Fache der Masse unserer Sonne, und die meisten ihrer Sterne entstanden vor 12,5 bis 11,5 Milliarden Jahren.

„Im frühen Universum bilden die meisten Galaxien viele Sterne, daher ist es interessant, eine so massereiche tote Galaxie zu diesem Zeitpunkt zu sehen“, sagte Co-Autor Professor Roberto Maiolino, ebenfalls vom Kavli Institute for Cosmology. „Wenn sie genug Zeit hatte, diese enorme Größe zu erreichen, ist der Prozess, der die Sternentstehung stoppte, wahrscheinlich relativ schnell abgelaufen.“

Mithilfe des Webb-Teleskops konnten die Forscher feststellen, dass diese Galaxie große Mengen Gas mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.000 Kilometern pro Sekunde ausstößt. Das ist schnell genug, um der Schwerkraft der Galaxie zu entkommen. Diese schnellen Winde werden vom schwarzen Loch aus der Galaxie „gedrückt“.

Wie andere Galaxien mit akkretierenden Schwarzen Löchern besitzt „Pablos Galaxie“ schnell ausströmende Winde aus heißem Gas, doch diese Gaswolken sind dünn und haben nur wenig Masse. Webb entdeckte die Anwesenheit einer neuen Windkomponente, die mit früheren Teleskopen nicht zu sehen war. Dieses Gas ist kälter, das heißt, es ist dichter und – was entscheidend ist – es strahlt kein Licht aus. Dank seiner überlegenen Empfindlichkeit kann Webb diese dunklen Gaswolken sehen, weil sie einen Teil des Lichts der dahinterliegenden Galaxie blockieren.

Die aus der Galaxie ausgestoßene Gasmasse ist größer als das, was die Galaxie zur Bildung neuer Sterne benötigen würde. Im Wesentlichen lässt das Schwarze Loch die Galaxie verhungern.

„Wir haben den Schuldigen gefunden“, sagte D’Eugenio. „Das schwarze Loch vernichtet diese Galaxie und hält sie inaktiv, indem es ihr die Nahrungsquelle abschneidet, die sie zur Bildung neuer Sterne benötigt.“

Obwohl frühere theoretische Modelle vorhergesagt hatten, dass Schwarze Löcher diesen Effekt auf Galaxien hätten, war es vor Webb nicht möglich gewesen, diesen Effekt direkt festzustellen.

Frühere Modelle hatten vorhergesagt, dass das Ende der Sternentstehung einen heftigen, turbulenten Effekt auf Galaxien hat und dabei ihre Form zerstört. Aber die Sterne in dieser scheibenförmigen Galaxie bewegen sich immer noch in geordneter Weise, was darauf hindeutet, dass dies nicht immer der Fall ist.

„Wir wussten, dass Schwarze Löcher einen massiven Einfluss auf Galaxien haben und dass es vielleicht üblich ist, dass sie die Sternentstehung stoppen, aber bis zu Webb konnten wir das nicht direkt bestätigen“, sagte Maiolino. „Das ist ein weiterer Grund, warum Webb ein riesiger Schritt nach vorne ist, was unsere Fähigkeit betrifft, das frühe Universum und seine Entwicklung zu untersuchen.“

Neue Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter-Submillimiter Array (ALMA), die sich auf die kältesten und dunkelsten Gaskomponenten der Galaxie konzentrieren, werden uns mehr darüber verraten, ob und wo in dieser Galaxie noch Brennstoff für die Sternentstehung verborgen ist und welche Wirkung das supermassereiche Schwarze Loch in der die Galaxie umgebenden Region hat.