Dies ist das älteste jemals gesehene Schwarze Loch

Da draußen gibt es ein unglaublich altes Schwarzes Loch, das Astronomen vor die Herausforderung stellt, zu erklären, wie es nur 400 Millionen Jahre nach dem Urknall existieren konnte. Es liegt im Herzen einer Galaxie namens GN-z11. Astronomen, die JWST nutzten, sahen Hinweise darauf, dass es diese Galaxie verschlingt, was eine Möglichkeit für das Wachstum eines Schwarzen Lochs darstellt.

In JWST-Beobachtungen scheint GN-z11 etwa 13,4 Milliarden Lichtjahre entfernt zu sein und etwa 100-mal kleiner als die Milchstraßengalaxie. Dennoch hat es einen sehr hellen Kern, was darauf hindeutet, dass sich in seinem Herzen ein Schwarzes Loch befindet. Eine Akkretionsscheibe umgibt das Schwarze Loch und versorgt das hungrige Schwarze Loch mit Material. Die Bewegung des Materials in der Scheibe erhitzt es und lässt es im ultravioletten Licht leuchten. Das ist es, was wir als den aktiven galaktischen Kern betrachten.

Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Professor Roberto Maiolino von der Universität Cambridge nutzte die JWST-Beobachtungen, um die Bewegungen der Materie in der Galaxie zu untersuchen. Ihre Studie ist veröffentlicht in Natur. Ein solches Schwarzes Loch zu Beginn der kosmischen Geschichte zu finden, sei ein riesiger Fortschritt, sagte er. „Es ist noch sehr früh im Universum, ein so massereiches Schwarzes Loch zu sehen, also müssen wir über andere Möglichkeiten nachdenken, wie es entstehen könnte“, sagte Maiolino. „Sehr frühe Galaxien waren extrem gasreich, daher wären sie wie ein Buffet für Schwarze Löcher gewesen.“

Was sagt uns GN-z11 über Schwarze Löcher im frühen Universum?

Niemand weiß genau, wann sich im frühen Universum die ersten Schwarzen Löcher zu bilden begannen. Wenn man sich Standardmodelle über ihre Entstehung anschaut, sieht es so aus, als ob es eine Weile dauert, bis sie in Gang kommen. Supermassereiche Schwarze Löcher – wie die im Herzen von Galaxien – könnten zunächst als Schwarze Löcher mit Sternmasse entstehen, die weiterhin Materie ansammeln.

Wenn dieser in GN-z11 so entstanden wäre, wäre er entstanden, als ein supermassereicher Stern starb. Dann wuchs sie irgendwie auf das 6-Millionen-fache der Sonnenmasse an. Aber es gibt ein Problem. Es würde fast eine Milliarde Jahre dauern, um eine solche Masse anzusammeln. JWST-Beobachtungen zeigen dieses Schwarze Loch zu einer Zeit, als das Universum noch nicht einmal eine Milliarde Jahre alt war. Irgendetwas stimmt also nicht, und vielleicht sind frühe Schwarze Löcher schneller gewachsen, als Astronomen vermuten.

Vielleicht gibt es eine andere Möglichkeit, dass ein Schwarzes Loch so schnell wachsen kann. Der Hinweis liegt in seinem enormen Appetit. Sehr frühe Galaxien wie diese verfügen über viel Material zur Sternentstehung. Allerdings liefert das auch Nahrung für Schwarze Löcher. Wie sich herausstellte, verschlingt das Schwarze Loch von GN-z11 Materie viel schneller als andere Schwarze Löcher in ihren Galaxien in neueren Zeiten. Das ist großartig für das Wachstum des Schwarzen Lochs, aber nicht so toll, wenn die Galaxie mehr Sterne erzeugen möchte.

Das hungrige Schwarze Loch schadet tatsächlich GN-z11. Da es viel Gas verbraucht, drückt es das Gas bei ultraschnellem Wind weg. Das stoppt den Prozess der Sternentstehung. Da Sterne das sind, was Galaxien produzieren, kann das Verschlingen des Schwarzen Lochs die Galaxie tatsächlich „auslöschen“. Die schlechte Nachricht (zumindest für das Schwarze Loch) ist, dass sein Appetit auf Gas den Untergang bedeuten wird, da ihm das Material zum Essen ausgeht.

Zurück zum Anfang

Letztendlich wollen Astronomen die „Keime“ der frühesten supermassiven Schwarzen Löcher in Galaxien sehen. Diese Samen bildeten sich wahrscheinlich sehr früh in der kosmischen Zeit, vielleicht spätestens 200 Millionen Jahre nach dem Urknall. Die ersten Galaxien entstanden relativ schnell und beherbergten sehr massereiche Sterne, die vielleicht nur ein paar Millionen Jahre lebten. Dann explodierten sie als Supernovae und hinterließen wahrscheinlich die ersten Schwarzen Löcher mit Sternmasse. Einige haben vorgeschlagen, dass dunkle Materie zur Entstehung früher Schwarzer Löcher beitrug, indem sie Materie in dichten Regionen zum Kollaps zwang.

Doch als sie sich bildeten, wurden Schwarze Löcher in frühen Galaxien von frühen galaktischen Verschmelzungen mitgerissen. Auch diese Samen verschmolzen und erzeugten immer massereichere Schwarze Löcher. Das ist wahrscheinlich der Grund, warum Astronomen vermuten, dass supermassereiche Schwarze Löcher durch Akkretion, aber nicht nur untereinander, gewachsen sind. Sie wuchsen auch durch Ansammlung von Material innerhalb ihrer gasreichen Galaxien, wie GN-z11 zu zeigen scheint.

Zukünftige Beobachtungen mit JWST (und zukünftigen Teleskopen) sollten Beweise für diese „Samen“ des Schwarzen Lochs aufdecken. Das bedeutet, dass GN-z11 möglicherweise nicht mehr lange das älteste Schwarze Loch sein wird. Die Untersuchung der Samen von Schwarzen Löchern sollte Maiolino und anderen Astronomen weitere Hinweise liefern, um die Geschichte zu entschlüsseln, wie diese Objekte nicht lange nach dem Urknall entstanden sind.