Mit Daten der Großen Observatorien der NASA haben Astronomen den bislang besten Beleg für kosmische Keimzellen im jungen Universum gefunden, die zu supermassiven Schwarzen Löchern heranwachsen sollten.
Die Forscher kombinierten Daten des Chandra X-ray Observatory, des Hubble Space Telescope und des Spitzer Space Telescope, um diese möglichen Keimzellen von Schwarzen Löchern zu identifizieren. Sie erörtern ihre Ergebnisse in einer Abhandlung, die in einer kommenden Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erscheinen wird.
„Unsere Entdeckung – falls bestätigt – erklärt, wie diese gigantischen Schwarzen Löcher entstanden sind“, sagte Fabio Pacucci von der Scuola Normale Superiore (SNS) in Pisa (Italien), der Leiter der Studie. „Wir fanden Belege dafür, dass die Keimzellen von supermassiven Schwarzen Löchern direkt aus dem Kollaps einer riesigen Gaswolke hervorgehen können, wobei alle Zwischenstadien übersprungen werden.“
Wissenschaftler vermuten, dass im Zentrum fast aller großen Galaxien ein supermassives Schwarzes Loch liegt, unsere Milchstraßen-Galaxie eingeschlossen. Sie haben festgestellt, dass einige dieser supermassiven Schwarzen Löcher, die Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen enthalten, weniger als eine Milliarde nach dem Beginn des Universums im Urknall entstanden.
Eine Theorie besagt, dass die Keimzellen Schwarzer Löcher durch die Anziehung von Gas aus ihren Umgebungen und durch Verschmelzungen kleinerer Schwarzer Löcher gebildet wurden. Das ist ein Prozess, der viel länger hätte dauern sollen, als bei diesen schnell entstandenen Schwarzen Löchern festgestellt wurde.
Die neuen Ergebnisse schlagen stattdessen vor, dass einige der ersten Schwarzen Löcher direkt aus einer kollabierten Gaswolke hervorgingen, wobei jegliche Zwischenphasen übersprungen wurden, beispielsweise die Bildung und nachfolgende Zerstörung eines massereichen Sterns.
„Es gibt eine Menge Kontroversen darüber, welchen Pfad diese Schwarzen Löcher einschlagen“, sagte Co-Autor Andrea Ferrara von der SNS. „Unsere Arbeit belegt, dass wir uns einer Antwort darauf annähern, wo die Schwarzen Löcher groß begannen und mit normaler Geschwindigkeit wuchsen, anstatt klein zu beginnen und mit sehr schneller Geschwindigkeit zu wachsen.“
Die Forscher nutzten Computermodelle der Keimzellen von Schwarzen Löchern, die mit einer neuen Methode zur Auswahl von Kandidaten für diese Objekte anhand Langzeitaufnahmen von Chandra, Hubble und Spitzer kombiniert wurden.
Das Team fand zwei überzeugende Keimzellen-Kandidaten. Beide stimmten mit dem theoretischen Profil in den Infrarotdaten überein, da es sehr rote Objekte waren, und sie emittierten ebenfalls Röntgenstrahlung, die mit Chandra registriert wurde. Schätzungen ihrer Distanz sprechen dafür, dass sie sich gebildet haben könnten, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war.
„Die Keimzellen Schwarzer Löcher sind extrem schwer zu finden und ihren Nachweis zu bestätigen ist sehr schwierig“, sagte Andrea Grazian, Co-Autor der Studie vom National Institute for Astrophysics in Italien. „Allerdings denken wir, dass unsere Forschungsarbeit die zwei bislang besten Kandidaten enthüllt hat.“
Das Team plant weitere Beobachtungen im Röntgenbereich und im Infrarotbereich, um zu prüfen, ob diese Objekte noch mehr Eigenschaften besitzen, die von den Keimzellen Schwarzer Löcher erwartet werden. Kommende Observatorien wie das James Webb Space Telescope der NASA und das European Extremely Large Telescope werden zukünftige Untersuchungen unterstützen, indem sie das Licht von weiter entfernten und kleineren Schwarzen Löchern registrieren. Mit dem Ziel, die frühesten Schwarzen Löcher im Universum zu finden, konstruieren Wissenschaftler derzeit den theoretischen Rahmen, der zur Interpretation der kommenden Daten benötigt wird.
„Als Wissenschaftler können wir an diesem Punkt nicht sagen, dass unser Modell ‚DAS‘ Modell ist“, sagte Pacucci. „Was wir wirklich denken ist, dass unser Modell imstande ist, die Beobachtungen zu reproduzieren, ohne unvernünftige Voraussetzungen zu erfordern.“
Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) leitet das Chandra-Programm, während das Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge (Massachusetts) Chandras Wissenschafts- und Flugoperationen steuert.
Das Hubble Space Telescope ist ein Projekt internationaler Zusammenarbeit zwischen der NASA und der European Space Agency (ESA). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) betreibt das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore führt die wissenschaftlichen Operationen Hubbles durch. Das STSci wird von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington für die NASA geleitet.
Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Pasadena (Kalifornien) betreibt das Spitzer Space Telescope, dessen Wissenschaftsoperationen am Spitzer Science Center durchgeführt werden. Die Flugoperationen werden von der Lockheed Martin Space Systems Company in Littleton (Colorado) gesteuert.
(THK)
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