Astronomen der University of Texas und der University of Arizona haben ein schnell wachsendes Schwarzes Loch in einer der extremsten Galaxien im jungen Universum entdeckt. Die Entdeckung der Galaxie und des Schwarzen Lochs in ihrem Zentrum gibt neue Hinweise auf die Bildung der ersten supermassiven Schwarzen Löcher. Die neue Studie wurde in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
Mit Beobachtungen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einem Radioobservatorium in Chile, stellte das Team fest, dass die Galaxie namens COS-87258, die dieses neue supermassive Schwarze Loch enthält, sehr extrem ist und Sterne 1.000 Mal schneller bildet als unsere Milchstraßen-Galaxie und mehr als eine Milliarde Sonnenmassen in Form von interstellarem Staub enthält. Die Galaxie leuchtet hell aufgrund der intensiven Sternentstehungsprozesse und wegen des wachsenden supermassiven Schwarzen Lochs in ihrem Zentrum.
Das Schwarze Loch wird als ein neuer Typ primordialer Schwarzer Löcher angesehen – eines, das stark in kosmischen Staub eingebettet ist, so dass fast sein gesamtes Licht im mittelinfraroten Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums emittiert wird. Die Forscher haben auch festgestellt, dass dieses wachsende supermassive Schwarze Loch (häufig als aktiver galaktischer Kern bezeichnet) einen gewaltigen Materiejet erzeugt, der sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit durch seine Heimatgalaxie bewegt.
Heute befinden sich Schwarze Löcher mit Millionen bis Milliarden Sonnenmassen im Zentrum fast jeder Galaxie. Wie diese supermassiven Schwarzen Löcher entstanden, bleibt Wissenschaftlern ein Rätsel – insbesondere weil mehrere solche Objekte in einer Epoche gefunden wurden, als das Universum noch sehr jung war. Weil das Licht von diesen Quellen so lange braucht, um uns zu erreichen, sehen wir sie, wie sie in der Vergangenheit existierten, nur 750 Millionen Jahre nach dem Urknall. Das entspricht etwa fünf Prozent des heutigen Alters des Universums.
Besonders verblüffend an dem neuen Objekt ist, dass es in einem relativ kleinen Himmelsbereich identifiziert wurde, der normalerweise zum Nachweis ähnlicher Objekte dient, und dessen Fläche weniger als die zehnfache Fläche des Vollmonds beträgt. Das deutet darauf hin, dass es tausende ähnliche Quellen im jungen Universum geben könnte. Die Schlussfolgerung kam völlig unerwartet und war aus früheren Daten nicht ersichtlich.
Die einzige andere Klasse supermassiver Schwarzer Löcher, die wir aus dem jungen Universum kennen, sind Quasare, also aktive Schwarze Löcher, die nicht stark von kosmischem Staub eingehüllt sind. Diese Quasare sind in Distanzen, die vergleichbar mit der Entfernung von COS-87259 sind, extrem selten: Ihre Zahl am gesamten Himmel ist zweistellig. Die überraschende Entdeckung von COS-87259 und ihrem Schwarzen Loch wirft mehrere Fragen über die Häufigkeit von sehr jungen supermassiven Schwarzen Löchern auf, sowie über die Galaxientypen, in denen sie normalerweise entstehen.
Ryan Endsley, der Hauptautor der Studie und jetzt Postdoktorand an der University of Texas in Austin, sagte: „Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass die ersten supermassiven Schwarzen Löcher oft sehr stark in Staub eingehüllt waren, vielleicht infolge der intensiven Sternentstehungsaktivität in ihren Heimatgalaxien. Das ist etwas, was andere Forscher jetzt seit ein paar Jahren vorausgesagt haben und es wirklich schön, den ersten Beobachtungsbeleg zu sehen, der dieses Szenario unterstützt.“
Ähnliche Objekttypen wurden bereits im näheren, heutigen Universum entdeckt, beispielsweise Arp 299 auf dem obigen Bild. In diesem System kollidieren zwei Galaxien miteinander und erzeugen einen intensiven Starburst und die Verdunklung des wachsenden supermassiven Schwarzen Lochs in einer der beiden Galaxien.
„Obwohl niemand erwartete, diese Art von Objekt im jungen Universum zu finden, bringt uns seine Entdeckung einen Schritt näher daran zu verstehen, wie Schwarze Löcher mit Milliarden Sonnenmassen in einer derart frühen Epoche des Universums entstehen konnten und wie sich die meisten massereichen Galaxien entwickelten“, sagte Endsley.
(THK)
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