James Webb löst ein großes astrophysikalisches Rätsel: Schwarze Löcher entstanden vor ihren eigenen Galaxien

Seit das James-Webb-Weltraumteleskop damit begonnen hat, die entlegensten Winkel des Kosmos zu erforschen, sind die sogenannten „Little Red Dots“ (LRDs) zu einem der großen Rätsel der modernen Astronomie geworden. Diese winzigen, hellen Strukturen, die zu einer Zeit beobachtet wurden, als das Universum noch in den Kinderschuhen steckte, schienen supermassive Schwarze Löcher zu verbergen. Zahlreiche theoretische Modelle deuteten jedoch darauf hin, dass die Schätzungen ihrer Masse möglicherweise übertrieben waren.

Nun hat ein internationales Forscherteam diese Zweifel ausgeräumt, dank der ersten direkten Messung, die an einem dieser Objekte durchgeführt wurde. Das Ergebnis bestätigt nicht nur die Existenz eines gigantischen Schwarzen Lochs, sondern offenbart auch eine für Wissenschaftler völlig unerwartete Situation.

Die in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlichte Studie konzentrierte sich auf Abell 2744-QSO1, ein Objekt, das so weit entfernt ist, dass sein Licht seine Reise antrat, als das Universum erst 700 Millionen Jahre alt war.

Die Hilfe einer natürlichen kosmischen Lupe

Um eine derart hohe Detailgenauigkeit zu erreichen, nutzten die Astronomen die Fähigkeiten des James-Webb-Teleskops in Verbindung mit einem als Gravitationslinsenwirkung bekannten Phänomen. In diesem Fall wirkte die Schwerkraft eines zwischen der Erde und dem Objekt liegenden Galaxienhaufens wie ein riesiges natürliches Vergrößerungsglas und verstärkte das aus dem frühen Universum kommende Signal.

Dank dieser Kombination konnten die Forscher die Bewegung des Gases, das das Zentrum von Abell 2744-QSO1 umkreist, eingehend untersuchen. Mithilfe hochauflösender Spektroskopie analysierten sie die Geschwindigkeit dieses Materials und rekonstruierten dessen Rotationskurve.

Die Daten zeigten ein Verhalten, das vollkommen mit der Kepler’schen Bewegung übereinstimmte, wie sie um eine extrem kompakte Masse zu erwarten ist. Die Analyse ermöglichte die Berechnung, dass das zentrale Objekt eine Masse besitzt, die etwa 50 Millionen Sonnen entspricht.

Diese Beweise schließen andere mögliche Erklärungen aus, wie etwa die Existenz eines sehr dichten Sternhaufens oder Ansammlungen von dunkler Materie, die denselben Gravitationseffekt hervorrufen könnten.

„Unsere Ergebnisse stellen eine direkte dynamische Messung der Masse eines Schwarzen Lochs im frühen Universum dar“, erklärte Ignas Juodžbalis, Forscher an der Universität Cambridge und Hauptautor der Studie. Die Arbeit bestätigt zudem, dass die üblicherweise zur Abschätzung der Masse von Schwarzen Löchern verwendeten indirekten Methoden auch bei extremen Entfernungen zuverlässig bleiben.

Spaniens Beteiligung an einer historischen Untersuchung

An der Studie leisteten auch spanische Wissenschaftler einen wesentlichen Beitrag. Die Astrophysiker Michele Perna, Santiago Arribas und Pablo G. Pérez-González vom Zentrum für Astrobiologie (CAB) waren an der Aufbereitung und Auswertung der komplexen Daten beteiligt, die vom James-Webb-Teleskop gewonnen wurden.

Ihre Arbeit war entscheidend für die Rekonstruktion der Dynamik des Gases, das das Schwarze Loch umgibt, und für das Verständnis der physikalischen Bedingungen in den frühesten Phasen der kosmischen Geschichte.

Ein Schwarzes Loch, das größer ist als seine eigene Galaxie

Die größte Überraschung gab es, als die Forscher versuchten, die Masse der Wirtsgalaxie zu berechnen.

Die Ergebnisse waren verblüffend. Die gewonnenen Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der verfügbare Raum für Wirtssterne äußerst begrenzt ist. Selbst die vorsichtigsten Schätzungen zeigen, dass das Schwarze Loch mindestens doppelt so viel Masse besitzt wie alle Sterne der Galaxie zusammen.

Der Unterschied ist außergewöhnlich. Im heutigen Universum haben Galaxien in der Regel eine Masse, die etwa tausendmal größer ist als die ihrer zentralen Schwarzen Löcher. Bei Abell 2744-QSO1 ist dieses Verhältnis völlig anders und übertrifft die in nahen Galaxien beobachteten Werte um drei Größenordnungen.

Aus diesem Grund betrachten Wissenschaftler es als das „nackteste“ massereiche Schwarze Loch, das je entdeckt wurde.

Ein möglicher Ursprung der ersten kosmischen Riesen

Das Objekt weist zudem eine weitere ungewöhnliche Eigenschaft auf: Es befindet sich in einer äußerst primitiven chemischen Umgebung, die praktisch frei von schweren Elementen ist.

Diese Beobachtung lässt die Forscher vermuten, dass sie möglicherweise einen echten „Keim“ eines supermassiven Schwarzen Lochs in einem frühen Wachstumsstadium beobachten. Es wäre das erste Mal, dass ein Objekt dieser Art dabei beobachtet wurde, wie es aktiv Materie ansammelt.

Diese Entdeckung liefert zudem wichtige Belege für die sogenannte „Black-Hole-Primacy“-Theorie. Dieser Hypothese zufolge könnten sich riesige Schwarze Löcher bereits gebildet und entwickelt haben, noch bevor in ihren Galaxien die ersten Sterngenerationen entstanden sind.

Die Forscher gehen davon aus, dass dieser kosmische Riese nicht aus dem Tod eines massereichen Sterns hervorgegangen ist, sondern durch den direkten Gravitationskollaps riesiger Wolken aus Urgas entstanden ist. Wenn dem so ist, würde Abell 2744-QSO1 einen einzigartigen Einblick in einen der ältesten und grundlegendsten Prozesse in der Geschichte des Universums bieten.

Quellenhinweis:

Juodžbalis, I., Marconcini, C., D’Eugenio, F. et al. A direct black-hole mass measurement in a little red dot at high redshift. Nature 653, 1017–1021 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4