Ein seltenes supermassives schwarzes Loch, das am Anfang des Universums gefunden wurde, könnte darauf hindeuten, dass es Tausende von gefräßigen Monstern gab, die den frühen Kosmos heimsuchten, als die Wissenschaftler dachten — und die Astronomen sind sich nicht sicher, warum;
Das ursprüngliche Schwarze Loch ist etwa eine Milliarde Mal so groß wie unsere Sonne und wurde im Zentrum der Galaxie COS-87259 gefunden. Die uralte Galaxie entstand nur 750 Millionen Jahre nach dem Urknall und wurde vom Atacama Large Millimeter Array (ALMA), einem Radioobservatorium in Chile, in einem winzigen Himmelsausschnitt entdeckt, der weniger als zehnmal so groß ist wie der Vollmond.
Unter einem Mantel aus turbulentem Sternenstaub verborgen, wurde das schnell wachsende Schwarze Loch dabei beobachtet, wie es einen Teil seiner Akkretionsscheibe aus umlaufender Materie verzehrt und die Reste in einem Strahl ausspuckt, der sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt. Das Monster-Schwarzes-Loch scheint sich in einem seltenen Zwischenstadium des Wachstums zu befinden, irgendwo zwischen einer staubigen, sternbildenden Galaxie und einem riesigen, hell leuchtenden Schwarzen Loch, das als Quasar bezeichnet wird.
Und das kosmische Ungetüm könnte nur eines von Tausenden von unerklärlich großen schwarzen Löchern sein, die unter der Wolkendecke des frühen Universums lauern, vermuten die Forscher. Sie veröffentlichten ihre Entdeckung am 24. Februar in der Fachzeitschrift Monthly Notices of The Royal Astronomical Society (öffnet in neuem Tab) .
"Ehrlich gesagt war die Erklärung der Existenz von etwa 15 sehr früh leuchtenden Quasaren [aus demselben Zeitraum wie COS-87259] eine große Herausforderung für die extragalaktische Astronomie, wenn man bedenkt, wie wenig Zeit seit dem Urknall für die Entstehung eines so massereichen Schwarzen Lochs zur Verfügung steht", erklärte der Hauptautor der Studie, Ryan Endsley (öffnet in neuem Tab) , Astronom an der University of Texas, Austin, gegenüber Live Science. "Wenn sehr frühe Schwarze Löcher mit Milliarden von Sonnenmassen tausendmal häufiger sind, als wir ursprünglich dachten (was unsere Entdeckung nahelegt, es sei denn, man nimmt an, dass wir unglaubliches Glück hatten), dann verschärft dies das Problem nur noch weiter."
Ein supermassives Geheimnis
Schwarze Löcher entstehen aus dem Zusammenbruch von Riesensternen und wachsen, indem sie unaufhörlich Gas, Staub, Sterne und andere Schwarze Löcher in den sternbildenden Galaxien, in denen sie sich befinden, verschlingen. Wenn sie groß genug sind, erhitzt sich durch Reibung das Material, das sich in den Schlund der Schwarzen Löcher windet, und sie verwandeln sich in Quasare — sie stoßen ihre gasförmigen Kokons mit Lichtexplosionen aus, die bis zu einer Billion mal heller sind als die hellsten Sterne.
Da sich das Licht mit einer festen Geschwindigkeit durch das Vakuum des Weltraums bewegt, können Wissenschaftler, je tiefer sie in das Universum blicken, umso mehr Licht aus der Ferne auffangen und umso weiter zurück in die Vergangenheit blicken. Frühere Simulationen der "kosmischen Morgendämmerung" — die Epoche, die die ersten Milliarden Jahre des Universums umfasst — haben nahegelegt, dass wogende Wolken aus kaltem Gas zu riesigen Sternen zusammengewachsen sein könnten, die dazu verdammt waren, schnell zu kollabieren und dabei schwarze Löcher zu bilden. Als das Universum wuchs, könnten diese ersten schwarzen Löcher schnell mit anderen verschmolzen sein, um noch größere supermassive schwarze Löcher im ganzen Kosmos zu erzeugen.
Doch wie diese chaotischen Bedingungen zur Entstehung so vieler supermassereicher Schwarzer Löcher geführt haben, ist ein Rätsel; ein Rätsel, das noch durch die Möglichkeit vertieft wird, dass die Biester zu Tausenden entstanden sein könnten, als das Universum erst 5 % seines heutigen Alters erreicht hatte. In einer Übersichtsarbeit (öffnet in neuem Tab) wird vorgeschlagen, dass große, helle Quasare die am leichtesten aufzuspürenden Schwarzen Löcher sind, so dass sie wahrscheinlich nur die "Spitze des Eisbergs" der Monster sind, die sich im jungen Kosmos verstecken.
Die Antwort auf dieses Rätsel könnte auf eine Lücke in unserem Verständnis der Galaxienbildung im frühen Universum hinweisen. Am 22. Februar entdeckte eine andere Gruppe von Astronomen, die Daten des James-Webb-Weltraumteleskops analysierten, eine Gruppe von sechs gigantischen Galaxien, die zwischen 500 und 700 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden und so massiv waren, dass sie mit 99 % der kosmologischen Modelle in Konflikt standen.
Eine mögliche Erklärung liegt in der Menge und der rasanten Aktivität der dichten "Starburst"-Wolken, in denen die frühesten Schwarzen Löcher entstanden sind. So zeigte die Entdeckung eines weiteren schnell wachsenden, sich verändernden Schwarzen Lochs namens GNz7q in einer Starburst-Galaxie gleichen Alters wie COS-87259 im April 2022, dass die Galaxie frisch gebackene Sterne 1.600-mal so schnell wie die Milchstraße heute hergibt. COS-87259 kocht etwas langsamer, nämlich 1.000-mal so schnell wie die heutige Milchstraße, doch ihr Schwarzes Loch ist 20-mal so massiv und hell wie GNz7q.
"Die Entdeckung von COS-87259 und GNz7q innerhalb des letzten Jahres war sehr überraschend und stellt uns vor die Frage, wie wir diese Entdeckung im Hinblick auf das Verständnis des Wachstums sehr früher supermassereicher Schwarzer Löcher nutzen können", so Endsley.
