⇧ [VIDÉO] Dieser Partnerinhalt könnte Ihnen auch gefallen
Jüngste Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope (JWST) zeigen die Anwesenheit von drei seltsamen, extrem massereichen Objekten im frühen Universum, etwa 600 bis 800 Millionen Jahre nach dem Urknall. Ihre spektrale Signatur entspricht der von hyperdichten Sternhaufen, die möglicherweise supermassereiche Schwarze Löcher beherbergen, was im Widerspruch zu dem steht, was man vom frühen Universum erwarten würde.
Im Jahr 2022 entdeckte eine Gruppe von Astrophysikern drei extrem massereiche Objekte aus der Zeit vor 600 bis 800 Millionen Jahren nach dem Urknall, als das Universum nur 5 % seines heutigen Alters hatte. Durch die Untersuchung ihrer Spektren entdeckten die Forscher Signaturen primitiver Sterne, die viel älter sind, als es nach dem kosmologischen Standardmodell normalerweise im frühen Universum möglich wäre.
Sie waren auch überrascht, die Signaturen extrem massereicher Schwarzer Löcher zu entdecken, die zwischen 100 und 1000 Mal massereicher sind als das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. Auch hier stimmt der Entstehungsprozess von Schwarzen Löchern und Galaxien nach dem kosmologischen Standardmodell nicht überein.
Eine Einladung zum Träumen, bereit zum Tragen.
« Es ist sehr verwirrend „Joel Leja, Assistenzprofessor für Astronomie und Astrophysik und Mitautor der Studie, sagte in einer Pressemitteilung der Penn State University. „ Wir können dies in unser aktuelles Modell des Universums integrieren, aber nur, wenn wir eine exotische und unglaublich schnelle Entstehung zu Beginn der Zeit heraufbeschwören “, er erklärt.
Während die Forscher zunächst vermuteten, dass es sich um massereiche und frühe Galaxien handelte, sollte sich diese Art von Objekt im frühen Universum tatsächlich nicht bilden können. Durch die Sternentstehung induzierte Rückkopplungsprozesse begrenzen im Allgemeinen ihren Anteil an Baryonen (zusammengesetzte Teilchen, aus denen sichtbare Materie besteht) deutlich unter den Anteil kosmischer Baryonen. Dies bedeutet, dass die betreffenden Objekte früher als erwartet aufgetaucht wären und eine größere Masse als erwartet hätten.
Die neue Studie, kürzlich veröffentlicht in Die Briefe des Astrophysical Journalist eine Fortsetzung dieser Forschung, die darauf abzielt, die wahre Natur dieser Objekte zu bestätigen. Die Forscher fanden heraus, dass es sich tatsächlich um Galaxien nahe dem Anfang des Universums handelt, die scheinbar gigantische supermassereiche Schwarze Löcher beherbergen.
« Es war völlig unerwartet, in einem so jungen Universum alte Sterne zu finden. Standardmodelle der Kosmologie und Galaxienentstehung waren unglaublich erfolgreich, aber diese leuchtenden Objekte passen nicht ganz in diese Theorien “, erklärt der Hauptautor der Studie, Bingjie Wang.
Kleine Galaxien, die „supermassereiche“ Schwarze Löcher beherbergen?
Zur Durchführung ihrer Beobachtungen und Analysen stützten sich die Forscher der neuen Studie auf den Near InfraRed Spectrograph (NIRSpec) an Bord des JWST und den Roar-Supercomputer des Institute for Computational and Data Sciences der Penn State University. NIRSpec ist ein Multiobjekt-Spektrograph, der es ermöglicht, gleichzeitig die Spektren von mehr als hundert Objekten pro 3’x3′-Sichtfeld mit verschiedenen Objekten zu erfassen
Auflösungen spektral. Das Instrument kann bis vor 13,5 Milliarden Jahren zurückreichen, bis zum Beginn des Universums.
Doch selbst mit der Auflösung von JWST stellen Spektralanalysen so weit draußen im Universum eine große Herausforderung dar, da es schwierig ist, Quellobjekte genau zu unterscheiden. Die drei vom Team untersuchten Objekte zeigen deutlich die Eigenschaften supermassiver Schwarzer Löcher und massiver, alter Sterne. Allerdings wissen wir nicht genau, welcher Anteil des beobachteten Lichts von jeder der beiden Komponenten stammt. Mit anderen Worten: Es ist schwierig, zwischen dem Licht, das von der Akkretionsscheibe von Schwarzen Löchern kommt, und dem Licht zu unterscheiden, das von den Sternen emittiert wird, aus denen die untersuchten Objekte bestehen.
Den Forschern zufolge deuten die Daten darauf hin, dass es sich entweder um primitive, extrem massereiche Galaxien handeln könnte, die sich viel früher gebildet haben, als die Modelle vorhersagen, oder um Galaxien mit Standardmasse, die „supermassereiche“ Schwarze Löcher (oder „übermassive Schwarze Löcher“) enthalten, die etwa 100 bis 1.000 Mal massereicher sind als die einer Galaxie gleicher Größe. „
Die Unfähigkeit, anhand aktueller Daten zu differenzieren, lässt viel Spielraum für die Interpretation dieser faszinierenden Objekte “, sagt Wang.
Siehe auch
Links: Vom Kontinuum mit Balmer-Brüchen erkannte Quellen (Messung der gesamten von massereichen Sternen emittierten Leuchtkraft), dargestellt durch durchgezogene Rauten auf der Farbebene. Rechts: Farbbilder der drei von Balmer-Brüchen entdeckten Quellen, mit Farben von JWST/NIRCam F115W, F277W und F444W. Sie sind bei roten Wellenlängen bemerkenswert kompakt und weisen bei blauen Wellenlängen einige Hinweise auf eine räumliche Struktur auf. © Bingjie Wang et al.
Extrem dichte Sternpopulationen
Wenn ein Teil des Lichts von supermassereichen Schwarzen Löchern stammt, wären diese auch keine herkömmlichen supermassereichen Schwarzen Löcher. Tatsächlich erzeugen sie viel mehr ultraviolette Photonen als normal. Andere Objekte mit ähnlichen photonischen Eigenschaften wurden bereits zuvor entdeckt, sie weisen jedoch nicht die Eigenschaften eines supermassereichen Schwarzen Lochs auf.
Am überraschendsten wäre hingegen ihre unglaublich hohe Masse, so die Forscher. Normalerweise entwickeln sich Galaxien und die supermassiven Schwarzen Löcher in ihren Zentren im Laufe ihres Lebens gemeinsam. Die von Forschern entdeckten Schwarzen Löcher scheinen sich jedoch in den Zentren kleiner Galaxien zu befinden, obwohl sie ihre Reife erreicht haben und vollständig ausgebildet zu sein scheinen. „ Das macht eigentlich keinen Sinn, denn diese Objekte sollten sich gemeinsam entwickeln, oder zumindest dachten wir das so », schätzt Leja.
Zudem sind die Sternpopulationen dort so dicht, dass sie nur unter für die damalige Zeit besonders exotischen Bedingungen entstanden sein konnten. Würde man diese Sterndichte auf unsere Galaxie übertragen, läge der erdnächste Stern in unserem Sonnensystem, während das supermassereiche Schwarze Loch in seinem Zentrum nur 26 Lichtjahre entfernt wäre (im Vergleich zu 26.000 Lichtjahren in der Realität) und sichtbar wäre am Himmel als riesige Lichtsäule. Darüber hinaus scheinen diese faszinierenden Galaxien spezifisch für das frühe Universum zu sein, da ihre Entstehung offenbar aus irgendeinem mysteriösen Grund bereits nach wenigen Milliarden Jahren aufhörte.
Demnächst wollen die Forscher ihre Beobachtungen vertiefen, indem sie das Teleskop über längere Zeiträume auf diese Objekte richten. Dies würde bestätigen, ob es sich um primitive und extrem massereiche Galaxien oder um Galaxien normaler Masse mit „supermassereichen“ Schwarzen Löchern handelt.
