JWST entdeckt erstmals drei Schwarze Löcher in einer einzigen Galaxie

Ein internationales Team von Astronomen hat drei aktiv Materie ansammelnde (akkretierende) supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt, die in einer einzigen, mehr als 12,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie koexistieren. Dies ist das erste Mal, dass ein solches Trio im fernen Universum identifiziert wurde.

Eine kosmische Premiere

Die am Mittwoch in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlichten Ergebnisse basieren auf Beobachtungen der Galaxie J0148-4214, die mit dem Nahinfrarot-Spektrographen (NIRSpec) des James-Webb-Weltraumteleskops im Modus der integralen Feldeinheit (IFU) durchgeführt wurden. Die Galaxie existierte etwa 1,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall, bei einer Rotverschiebung von etwa 5,02.mpg+1

„Dies ist der erste Nachweis von drei aktiven Schwarzen Löchern in einer einzigen Galaxie im fernen Universum“, sagte Hannah Übler, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) und Hauptautorin der Studie.mpg

Zwei der Schwarzen Löcher befinden sich nahe dem galaktischen Zentrum und sind nur etwa 620 Lichtjahre voneinander entfernt, während ein drittes rund 5.500 Lichtjahre vom Zentrum entfernt liegt. Ihre Massen entsprechen etwa dem 80-Millionen-, 2-Millionen- und 0,6-Millionen-fachen der Sonnenmasse. Das kleinste der drei akkretiert Materie mit einer Rate, die das Eddington-Limit überschreitet: das theoretische Maximum, das von Standardmodellen für das Wachstum Schwarzer Löcher vorhergesagt wird.miragenews+1

Das Unsichtbare sichtbar machen

Das Team identifizierte die Schwarzen Löcher anhand der spektralen Fingerabdrücke von Wasserstoffatomen, die sich unter dem Gravitationseinfluss der Schwarzen Löcher mit hoher Geschwindigkeit bewegen. Um die beiden eng beieinander liegenden zentralen Quellen voneinander zu trennen, nutzten die Forscher die Spektro-Astrometrie, eine Technik, mit der präzise räumliche Verschiebungen in der Linienemission gemessen werden können. Ohne die räumlich hochaufgelösten Daten des JWST-Instruments wäre wahrscheinlich nur eines der drei Schwarzen Löcher entdeckt worden.mpg

Alternative Erklärungen, darunter Supernovae, Schockwellen, Sternwinde oder sehr massereiche Sterne, wurden durch zusätzliche Spektralanalysen ausgeschlossen.mpg

Bedeutung für das Wachstum Schwarzer Löcher

Das zentrale Paar wird laut einem Bericht der New York Times voraussichtlich innerhalb der nächsten paar hundert Millionen Jahre verschmelzen. „Dies deutet darauf hin, dass die Verschmelzung von Schwarzen Löchern ein zusätzlicher, schneller Weg für ihr rasches Wachstum im frühen Universum sein könnte“, sagte Roberto Maiolino, Professor an der Universität Cambridge und Mitautor der Studie.nytimes+1

Das dritte, abseits des Zentrums gelegene Schwarze Loch könnte der Überrest einer früheren galaktischen Verschmelzung sein, der durch einen gravitativen Rückstoß weggeschleudert wurde, oder es wandert gerade nach innen in Richtung Zentrum. Die gesamte Sternenmasse der Wirtsgalaxie beträgt etwa 1,3 Milliarden Sonnenmassen, was bedeutet, dass die Schwarzen Löcher einen beträchtlichen Teil der Gesamtmasse des Systems ausmachen.mpg

Den Forschern zufolge ist das System ein potenzieller Vorläufer von Verschmelzungen Schwarzer Löcher, die eines Tages mit künftigen Gravitationswellen-Observatorien wie LISA, dem von der Europäischen Weltraumorganisation geplanten weltraumbasierten Detektor, beobachtet werden könnten.miragenews+1