James Webb entdeckt Anzeichen für möglicherweise die ersten Schwarzen-Loch-Sterne im Universum

Eines der größten Rätsel der Astronomie ist es, den Zusammenhang zwischen der Entstehung der ersten Galaxien und der ersten supermassiven Schwarzen Löcher zu verstehen. Beobachtungen zeigen, dass bereits sehr massive Schwarze Löcher existierten, als das Universum noch nicht einmal eine Milliarde Jahre alt war. Die Erklärung, wie diese Objekte so schnell wachsen konnten, ist ein ungelöstes Problem der Astronomie. Eine der zentralen Fragen ist, ob sich zuerst Galaxien oder Schwarze Löcher gebildet haben.

Mit dem Start des James-Webb-Weltraumteleskops sind mehrere Hinweise zutage getreten, die zur Lösung dieses Rätsels beitragen. Zu diesen Entdeckungen gehören die sogenannten „kleinen roten Punkte“, rötliche Objekte, die James Webb im frühen Universum entdeckt hat. Eine Hypothese besagt, dass es sich dabei um Sterne handelt, die Schwarze Löcher umgeben. In diesem Szenario ist ein wachsendes Schwarzes Loch von einer dichten Schicht aus teilweise ionisiertem Gas umgeben. Die durch die Akkretion erzeugte Strahlung ist für die beobachtete Helligkeit verantwortlich.

Diese Woche veröffentlichte die NASA neue Ergebnisse des James-Webb-Weltraumteleskops, die den bislang stärksten Beweis für dieses Szenario liefern. Die Analyse des Objekts GLIMPSE-17775 ergab spektrale Signaturen, die mit einem supermassiven Schwarzen Loch übereinstimmen, wie es im Stern-Schwarzes-Loch-Modell beschrieben wird. Sollten künftige Beobachtungen diese Ergebnisse bestätigen, könnte die Entdeckung darauf hindeuten, dass einige supermassive Schwarze Löcher bereits vor der Entstehung von Galaxien entstanden sind.

Kleine rote Punkte

Die kleinen roten Punkte sind eine Ansammlung kompakter, rötlicher Objekte, die vom James-Webb-Teleskop bei seinen Beobachtungen des frühen Universums entdeckt wurden. Sie wurden beobachtet, als das Universum erst wenige hundert Millionen Jahre alt war – eine Zeit, die mit der Entstehung der ersten Galaxien und Schwarzen Löcher in Verbindung steht. Obwohl sie als winzige Lichtpunkte erscheinen, weisen sie im Verhältnis zu ihrer Größe eine sehr hohe Helligkeit auf.

Die größte Schwierigkeit besteht darin, ihre intensive Helligkeit, ihre Größe und ihre Häufigkeit im frühen Universum gleichzeitig zu erklären. Einige Modelle legen nahe, dass diese kleinen roten Punkte schnell wachsende supermassive Schwarze Löcher beherbergen könnten. Andere Szenarien gehen davon aus, dass es sich um junge Galaxien in der Sternentstehungsphase handelt. Mehrere aktuelle Beobachtungen stützen jedoch die Hypothese, dass zumindest einige dieser Objekte mit Schwarzen Löchern in frühen Entwicklungsstadien in Verbindung stehen.

Was war zuerst da?

Eines der wichtigsten Probleme in der Astrophysik ist die Klärung der Frage, was zuerst entstanden ist: Galaxien oder supermassive Schwarze Löcher. Jahrzehntelang galt das folgende Szenario als allgemein anerkannt: Die ersten Galaxien entstanden durch den Kollaps von Gas- und Dunkle-Materie-Wolken, während Schwarze Löcher erst später entstanden und allmählich wuchsen. Die Entdeckung extrem massereicher Schwarzer Löcher, die zeitlich sehr nahe am Urknall liegen, hat diese Erklärung jedoch in Frage gestellt.

Die Beantwortung dieser Frage war einer der wichtigsten wissenschaftlichen Gründe für den Bau des James-Webb-Weltraumteleskops. Das Teleskop wurde entwickelt, um das frühe Universum im Infrarotbereich zu beobachten und Objekte zu entdecken, die sich erst wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet haben. Einige dieser Beobachtungen deuten darauf hin, dass supermassive Schwarze Löcher bereits existierten, bevor viele Galaxien fortgeschrittene Entwicklungsstadien erreicht hatten.

Sterne aus Schwarzen Löchern

Schwarze-Loch-Sterne sind hypothetische Objekte, bei denen ein schnell wachsendes Schwarzes Loch von einer dichten Gasschicht umhüllt bleibt. Anders als bei einem aktiven Galaxienkern wird ein Großteil der in der Nähe des Schwarzen Lochs erzeugten Strahlung von diesem Gas absorbiert und umgewandelt, bevor sie ins All entweichen kann. Dieses Szenario wurde vorgeschlagen, um einige der kleinen roten Flecken zu erklären, die vom James-Webb-Weltraumteleskop entdeckt wurden.

Einer der überzeugendsten Belege für dieses Szenario lieferte das Objekt GLIMPSE-17775, ein kleiner roter Punkt, der vom James-Webb-Weltraumteleskop beobachtet wurde. Dieses Objekt stammt aus einer Zeit, als das Universum etwa 1,8 Milliarden Jahre alt war. Die Analyse ergab mehr als 40 Spektrallinien, was es zum detailliertesten Spektrum macht, das jemals für einen kleinen roten Punkt gewonnen wurde. Die beobachteten Merkmale stimmen mit einem Schwarzen Loch überein, das von einer dichten Gasschicht umgeben ist, welche die durch Akkretion emittierte Strahlung modifiziert. Die Ergebnisse stellen den bislang stärksten Beweis für das Stern-Schwarzes-Loch-Modell dar.

Endlich eine Antwort

Wenn Objekte wie GLIMPSE-17775 tatsächlich Schwarze Löcher darstellen, die von Gaskokons umhüllt sind, könnten sie Aufschluss über eine äußerst effiziente frühe Wachstumsphase geben. In diesem Szenario könnten einige Schwarze Löcher bereits vor der Entstehung von Galaxien entstanden sein und als Gravitationskerne fungiert haben, die in der Lage waren, Materie aus ihrer Umgebung anzuziehen. Die ersten Galaxien hätten sich dann um diese massereichen Objekte herum gebildet und nicht umgekehrt.

Diese Möglichkeit stellt die Vorstellung in Frage, dass sich Schwarze Löcher erst nach der Entstehung der ersten Galaxien gebildet haben. Diese Interpretation trägt dazu bei, sowohl die Helligkeit der kleinen roten Punkte als auch ihre spektralen Eigenschaften zu erklären. Sollten sich diese Beobachtungen bestätigen, könnten diese roten Punkte die Entstehung der ersten supermassiven Schwarzen Löcher darstellen. Daher zählen diese Objekte zu den wichtigsten Entdeckungen des James-Webb-Weltraumteleskops.

Quellenhinweis:

Kokorev et al. 2026 The Deepest GLIMPSE of a Dense Gas Cocoon Enshrouding a Little Red Dot The Astrophysical Journal