Kosmische Sensation
ISTA-Entdeckung löst Rätsel um frühe Superlöcher im Universum
- Sterne wie unsere Sonne (links) kann man sich als dichte Gaskugeln vorstellen, die durch Kernfusion angetrieben werden. Schwarze Löcher (Mitte) wachsen typischerweise, indem sie Materie über Akkretionsscheiben aufnehmen. Schwarzes-Loch-Sterne (rechts) stellen eine neue Art astrophysikalischer Objekte dar – Schwarze Löcher, die so von dichtem Gas umhüllt sind, dass sie effektiv sternähnlich strahlen. Schwarzes-Loch-Sterne sind mehr als 100.000-mal größer als die Sonne, haben aber eine ähnliche Ausdehnung wie Akkretionsscheiben Schwarzer Löcher.
- Foto: Illustration: Rohan Naidu (University of Hawai’i)
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Eine neue Entdeckung könnte erklären, wie supermassereiche Schwarze Löcher bereits kurz nach dem Urknall entstehen konnten.
KLOSTERNEUBURG. Seit das James-Webb-Weltraumteleskop sogenannte „kleine rote Punkte“ im frühen Universum entdeckt hat, geben sie Astronomen Rätsel auf. Forschende des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und internationale Partner haben nun ein Objekt identifiziert, das eine mögliche Erklärung liefern könnte: einen sogenannten „Schwarzes-Loch-Stern“.
Schwarzes Loch im Gasmantel
Dabei handelt es sich nicht um einen Stern im klassischen Sinn, sondern um ein junges, rasch wachsendes Schwarzes Loch, das von extrem dichtem Gas umgeben ist. Dadurch strahlt es in mancher Hinsicht ähnlich wie ein Stern.
- Aufnahmen des James Webb Space Telescope (JWST), auf denen der „Schwarzes-Loch-Stern“ als „kleiner roter Punkt“ (little red dot) hervorsticht. Solche Kleinen Roten Punkte sind äußerst häufig: Im Durchschnitt findet sich einer in jeder Aufnahme dieser Art. Jeder kleine rote Punkt könnte von einem Schwarzes-Loch-Stern angetrieben werden. Das gezeigte Bild ist ein RGB-Farbkomposit, bei dem für das Auge unsichtbare Infrarot-Wellenlängen in Rot (4,4 Mikrometer, NIRCam/F444W), Grün (2,7 Mikrometer, NIRCam/F277W) und Blau (1,5 Mikrometer, NIRCam/F150W) abgebildet sind.
Visualisierung: Rohan Naidu (University of Hawai’i)
- Foto: Bilder: NASA, ESA, CSA, STScI, DAWN JWST Archive, PRIMER Survey
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Das nun untersuchte Objekt trägt die Bezeichnung „MoM-BH*-1“. Sein Licht wurde vor rund 13 Milliarden Jahren ausgesandt – nur etwa 660 Millionen Jahre nach dem Urknall.
„Bis jetzt wussten wir nur sehr wenig darüber, wie diese supermassereichen Schwarzen Löcher entstanden sind“, erklärt ISTA-Assistenzprofessor Jorryt Matthee. Einige früh entdeckte Quasare seien eigentlich zu massereich, um in der kurzen Zeit seit dem Urknall entstanden sein zu können.
Spur zu den „kleinen roten Punkten“
Matthee und Erstautor Rohan Naidu von der University of Hawai’i untersuchten Daten des James-Webb-Weltraumteleskops. Die Eigenschaften von MoM-BH*-1 ähneln jenen rätselhaften kleinen roten Punkten, die bereits zuvor in JWST-Daten gefunden wurden.
- Das Licht des nahen Sterns Vega (links) zeigt einen starken „Balmer-Bruch“ – die äußeren Schichten des Sterns absorbieren Licht unterhalb einer charakteristischen Wellenlänge (rund 3646 Å, vertikale gestrichelte Linie) sehr effizient. Schwarzes-Loch-Sterne (rechts) zeigen sternähnliche Merkmale wie Balmer-Brüche. Diese Merkmale werden durch ihre Hüllen aus dichtem Gas geprägt, die in mancher Hinsicht den äußeren Schichten und Winden von Sternen ähneln. Zugleich sind ihre sternähnlichen Merkmale tendenziell extrem, was die beispiellose Natur von Schwarzes-Loch-Sternen unterstreicht.
Fotograf:in: Visualisierung: Rohan Naidu (University of Hawai’i) - Foto: NASA, ESA, CSA, STScI, DAWN JWST Archive, HST CALSPEC, MirageOrMiracle
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Die Forschenden vermuten daher, dass Schwarzes-Loch-Sterne die zentralen „Motoren“ hinter diesen sogenannten Baby-Quasaren sein könnten. Statt von Staub scheint das Schwarze Loch von einer dichten Gashülle umgeben zu sein, die sein Licht verändert.
Rasantes Wachstum möglich
Theoretische Modelle gehen davon aus, dass Schwarze Löcher in einer solchen Umgebung besonders schnell Materie aufnehmen können. Damit könnte sich erklären lassen, wie bereits im jungen Universum Schwarze Löcher mit Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen entstanden.
- Die Studie wurde in Nature von Forschenden des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) – hier ist der Campus des Instituts in Klosterneuburg (Niederösterreich) bei Nacht zu sehen – und internationalen Kooperationspartner:innen veröffentlicht.
- Foto: ISTA
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Weitere entdeckte Schwarzes-Loch-Sterne deuten darauf hin, dass es sich tatsächlich um eine eigene Klasse astrophysikalischer Objekte handeln könnte. Die Forschenden hoffen nun, mit deren Hilfe eines der großen Rätsel der Astronomie zu lösen: den Ursprung supermassereicher Schwarzer Löcher.
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