James Webb: Kein supermassereiches schwarzes Loch ist weiter entfernt

In den Daten des Weltraumteleskop James Webb haben Forscher außerdem zwei weitere kleine schwarze Löcher und elf frühe Galaxien aufgespürt.

14. Juli 2023 um 07:00 Uhr / Patrick Klapetz

Diese Grafik zeigt die Entdeckungen der am weitesten entfernten aktiven supermassiven schwarzen Löcher, die derzeit im Universum bekannt sind. Bild: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak, STScI

Im Universum gibt es viele schwarze Löcher, doch nur wenige massereiche schwarze Löcher aus dem frühen Universum. Eine Forschungsgruppe für wissenschaftliche Erhebung der frühen kosmischen Entwicklungen (CEERS; Cosmic evolution early release science survey) hat nun als erste damit begonnen, diese hellen, extrem weit entfernten Objekte aus den Bilddaten des Weltraumteleskops James Webb zu filtern. Dabei haben die Wissenschaftler das bisher am weitesten entfernte, aktive supermassive schwarze Loch gefunden.

Dieses schwarze Loch soll nur 570 Millionen Jahre nach dem Urknall in der Galaxie CEERS 1019 entstanden sein. Es ist ein eher kleines Objekt, das der Masse von Sagittarius A* - dem supermassiven schwarzen Loch im Zentrum unserer Milchstraße - ähnelt. Es ist etwa 4,6 Millionen Mal so schwer wie unsere Sonne und wiegt damit neun Sonnenmassen.

Damit ist das neuentdeckte schwarze Loch weniger massereich als alle anderen bisher im frühen Universum identifizierten schwarzen Löcher. Diese Ungetüme enthalten in der Regel mehr als das Einmilliardenfache der Sonnenmasse und sind leichter zu entdecken, weil sie viel heller sind. Das liegt daran, dass sie die aktive Materie in ihrer Umgebung auffressen und es bei deren Zerstörung zu einem Aufleuchten kommt.

"Die Betrachtung dieses weit entfernten Objekts mit diesem Teleskop ist vergleichbar mit der Betrachtung von Daten schwarzer Löcher, die in Galaxien in der Nähe unserer eigenen existieren" , erklärte Rebecca Larson laut einer Pressemitteilung der US-Raumfahrtbehörde Nasa . Sie leitet die Entdeckungen und arbeitet an der Universität von Texas in Austin.

Das Webb-Teleskop hat noch mehr als schwarze Löcher entdeckt

Neben dem schwarzen Loch in der Galaxie CEERS 1019 entdeckte das Forschungsteam auch zwei weitere kleine schwarze Löcher im frühen Universum. Eines von ihnen wurde in der Galaxie CEERS 2782 entdeckt und entstand 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall.

Das zweite schwarze Loch, das sich in der Galaxie CEERS 746 befindet, existierte schon etwas früher, nämlich eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. Es ist nur etwa 10 Millionen Mal so groß wie die Sonne. Zudem haben die Forscher elf weitere Galaxien entdeckt, die zwischen 470 und 675 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind. Diese Galaxien bilden schnell Sterne, sind aber noch nicht so chemisch angereichert wie Galaxien, die viel näher an der Heimat liegen.

Die Forschungsgruppe konnte in der Galaxie CEERS 1019 nicht nur ermitteln, welche Emissionen im Spektrum von dem schwarzen Loch und welche von seiner Wirtsgalaxie stammen, sondern auch, wie viel Gas das schwarze Loch aufnimmt und wie hoch die Sternentstehungsrate der Galaxie ist. CEERS 1019 nimmt nämlich so viel Gas auf, wie sie kann und produziert gleichzeitig neue Sterne.

Warum das so ist? Dafür hat sich die Gruppe die Bilder von James Webb genauer angeschaut.

Optisch erscheint CEERS 1019 als drei helle Klumpen, nicht als eine einzige kreisförmige Scheibe. "Wir sind es nicht gewohnt, bei diesen Entfernungen so viel Struktur auf den Bildern zu sehen" , erklärte Jeyhan Kartaltepe ebenfalls in der Pressemitteilung der Nasa . "Eine Galaxienverschmelzung könnte teilweise dafür verantwortlich sein, die Aktivität im schwarzen Loch dieser Galaxie anzukurbeln, und das könnte auch zu einer verstärkten Sternbildung führen."

Ob das schwarze Loch von CEERS 1019 seinen Rekord lange halten kann, ist zu bezweifeln. Vermutlich werden bald die nächsten Veröffentlichungen von noch weiter entfernten schwarzen Löchern publiziert. Ob Universumsbrecher oder der Aufbau von exoplanetaren Atmosphären - die Entdeckungen des Weltraumteleskops James Webb lassen die Fachwelt das Universum neu begreifen.

Zu den Studien

Insgesamt handelt es sich um vier Studien, die alle auf dem Pre-Print-Server Arxiv.org veröffentlicht wurden:

• A CEERS Discovery of an Accreting Supermassive Black Hole 570 Myr after the Big Bang: Identifying a Progenitor of Massive z ᐳ 6 Quasars (Eine CEERS-Entdeckung eines akkretierenden supermassiven schwarzen Lochs 570 Myr nach dem Urknall: Identifizierung eines Vorläufers massereicher z ᐳ 6 Quasare) vom 15. März 2023
• Spectroscopic Confirmation of CEERS NIRCam-selected Galaxies at z≃8−10 (Spektroskopische Bestätigung von CEERS NIRCam-selektierten Galaxien bei z≃8-10) vom 6. Juli 2023
• CEERS Spectroscopic confirmation of NIRCam-selected z ᐳ 8 galaxy candidates with JWST/NIRSpec: first characterization of their properties (CEERS Spektroskopische Bestätigung von NIRCam-ausgewählten z ᐳ 8 Galaxienkandidaten mit JWST/NIRSpec: Erste Charakterisierung ihrer Eigenschaften) vom 26. Mai 2023
• Hidden Little Monsters: Spectroscopic Identification of Low-Mass, Broad-Line AGN at zᐳ5 with CEERS (Verborgene kleine Ungeheuer: Spektroskopische Identifizierung von massearmen, breitlinigen AGN bei z ᐳ 5 mit CEERS) vom 31. Januar 2023