Webb-Teleskop entdeckt Paare Schwarzer Löcher auf Kollisionskurs im frühen Universum

Astronomen haben im frühen Universum vier Paare schnell wachsender Schwarzer Löcher entdeckt, die sich offenbar auf Kollisionskurs befinden. Dies liefert den ersten direkten Beweis dafür, dass Verschmelzungen das rätselhafte, rasche Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher kurz nach dem Urknall angetrieben haben könnten.

Die am 31. August in den Publications of the Astronomical Society of Japan veröffentlichten Ergebnisse basieren auf einer neuen Bildanalysetechnik, die auf Infrarotbeobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops angewendet wurde.eurekalert+1

Eine neue Methode, doppelt zu sehen

Das Forschungsteam unter der Leitung von Takumi Tanaka, Doktorand an der Universität Tokio am Kavli-Institut für Physik und Mathematik des Universums, konzentrierte sich auf eine Klasse kompakter, rötlicher Objekte, die als „Little Red Dots“ (LRDs) bekannt sind. Dabei handelt es sich um kleine Himmelskörper, die das JWST seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2022 als einziges Instrument aufspüren kann. Wissenschaftler vermuten, dass LRDs Schwarze Löcher sind, die von einfallender Materie umgeben sind und rasant wachsen.phys+1

Bisherige Methoden zur Identifizierung dieser Objekte stützten sich auf die Messung der Gesamthelligkeit und Farbe jeder Quelle. Bei diesem Ansatz, so stellten die Forscher fest, konnten zwei eng beieinander liegende LRDs leicht mit einem einzigen, seltsam geformten Objekt verwechselt werden. Um dieses Problem zu lösen, entwickelten Tanaka und seine Kollegen, darunter Kavli-IPMU-Professor John Silverman, eine Pixel-für-Pixel-Farbauswahlmethode, die die Farbe jedes einzelnen Pixels in den hochauflösenden Bildern des JWST analysiert.eurekalert+1

Die Methode enthüllte vier Paare von LRDs, die vor 12,5 bis 12,8 Milliarden Jahren existierten. Sie waren nur durch Entfernungen von einigen tausend bis zehntausenden Lichtjahren voneinander getrennt, was weit weniger ist als die Ausdehnung der Milchstraße von rund 100.000 Lichtjahren. Spektroskopische Daten des JWST bestätigten, dass zwei der Paare nahezu identische Rotverschiebungen aufweisen. Das bedeutet, dass sie tatsächlich nahe Nachbarn sind und es sich nicht um optische Täuschungen durch eine zufällige Ausrichtung hintereinander handelt.u-tokyo+2

Warum das wichtig ist

Eine statistische Analyse zeigte, dass es unwahrscheinlich ist, dass alle vier Paarungen reiner Zufall sind. Dies deutet darauf hin, dass sich LRDs auf Skalen von mehreren tausend Lichtjahren häufen. Es wird angenommen, dass Galaxienverschmelzungen große Mengen Gas in die galaktischen Zentren leiten und so das Wachstum der zentralen Schwarzen Löcher beschleunigen. Wenn jedes LRD ein wachsendes Schwarzes Loch beherbergt, könnten diese Paare die Vorläufer von Verschmelzungen Schwarzer Löcher sein, also von Ereignissen, die künftige Gravitationswellen-Observatorien eines Tages nachweisen könnten.eurekalert+1

Die Frage, wie supermassereiche Schwarze Löcher mit Millionen bis Milliarden Sonnenmassen so kurz nach dem Urknall so riesig werden konnten, bleibt eines der hartnäckigsten Rätsel der Astronomie. Andere jüngere Arbeiten, darunter eine in Nature veröffentlichte Studie über einen „Schwarzen-Loch-Stern“, der nur 660 Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet wurde, legen nahe, dass dichte Gashüllen es Schwarzen Löchern ermöglichen könnten, ihre normalen Wachstumsgrenzen zu überschreiten.earth+1

Wie es weitergeht

Das Team plant, seine Pixel-Methode auf größere JWST-Datensätze anzuwenden, um ein statistisches Bild darüber zu gewinnen, wie häufig LRDs enge Paare bilden. Dieser Anteil könnte Aufschluss darüber geben, wie große eine Rolle Verschmelzungen beim frühen Wachstum Schwarzer Löcher spielten.u-tokyo+1

„Durch die statistische Messung des Anteils massereicher Schwarzer Löcher, die enge Paare bilden, könnten Forscher die Rolle bestimmen, die Verschmelzungen beim Wachstum Schwarzer Löcher in ihren frühen Entwicklungsstadien spielten“, erklärte die Universität Tokio in einer Mitteilung zur Studie.u-tokyo