Schlafender Riese in 10 Milliarden Lichtjahren Entfernung gewogen - 6 Milliarden Sonnenmassen
Ein schwarzes Loch, das nicht leuchtet, in einer Galaxie, die zehn Milliarden Lichtjahre entfernt ist - wie kann man dessen Masse bestimmen? Astronomen haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop eine Methode erstmals so weit ins All ausgedehnt und einen schlafenden Riesen gewogen.
Ein schwarzes Loch, das keine Strahlung aussendet, in einer Galaxie, deren Licht zehn Milliarden Jahre zu uns unterwegs war - wie lässt sich die Masse eines solchen kosmischen Giganten überhaupt bestimmen? Astronomen um Richard Ellis vom University College London ist genau das gelungen. Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) und einer natürlichen Vergrößerungstechnik haben sie einen „schlafenden Riesen“ gewogen: Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie MRG-M0138 bringt es auf unglaubliche sechs Milliarden Sonnenmassen. Es ist das am weitesten entfernte Schwarze Loch, dessen Masse je direkt gemessen wurde.
Warum ruhende Schwarze Löcher so schwer zu fassen sind
Supermassereiche Schwarze Löcher verraten sich normalerweise durch ihre unersättliche Aktivität. Wenn sie große Mengen Gas und Staub aus einer Akkretionsscheibe verschlingen, leuchten ihre Zentren als aktive galaktische Kerne (AGN) heller als ganze Galaxien. Doch nicht alle dieser Schwerkraftfallen sind derart gefräßig. Ruhende oder „schlafende“ Schwarze Löcher haben kaum Materie in ihrer unmittelbaren Umgebung und sind deshalb praktisch unsichtbar. Ihr Ereignishorizont, jene Grenze, hinter der selbst Licht verschwindet, bleibt dunkel - und dennoch üben sie eine gewaltige Anziehungskraft auf ihre Umgebung aus. Diese Gravitation beeinflusst die Bewegung der Sterne im galaktischen Zentrum, und genau diese Bewegung lässt sich beobachten.
Sterne als kosmische Waage
Die Methode der Sterndynamik ist an sich nicht neu. Schon das zentrale Schwarze Loch unserer eigenen Milchstraße, Sagittarius A* mit seinen 4,3 Millionen Sonnenmassen, wurde so gewogen - in einer Entfernung von nur 26.000 Lichtjahren. Bisher war die Technik jedoch auf das nähere Universum beschränkt; das fernste auf diese Weise vermessene Schwarze Loch lag 700 Millionen Lichtjahre entfernt. Bei MRG-M0138 beträgt die Distanz das Fünfzehnfache. Ohne einen entscheidenden Trick wäre die Auflösung des JWST nicht ausreichend gewesen, um die winzigen Bewegungen der Sterne im Zentrum einer so weit entfernten Galaxie zu verfolgen.
Gravitationslinsen - Einsteins kosmisches Vergrößerungsglas
Dieser Trick ist der Gravitationslinseneffekt, eine Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie. Massereiche Objekte krümmen die Raumzeit, und wenn eine Vordergrundgalaxie genau zwischen einer fernen Hintergrundgalaxie und der Erde steht, wird das Licht der Hintergrundquelle wie durch eine Linse gebündelt und verstärkt. Im Fall von MRG-M0138 sorgte eine dazwischenliegende Galaxie für eine dreißigfache Vergrößerung. „Durch die Kombination von JWST-Daten mit dem Gravitationslinseneffekt konnten wir in den Einflussbereich des Schwarzen Lochs blicken, wo seine Schwerkraft die Geschwindigkeiten der Sterne erhöht“, erklärt Andrew Newman von der Carnegie Science in Pasadena. Das Team konnte so die inneren Strukturen der fernen Galaxie rekonstruieren und die Bewegung der Sterne im Zentrum präzise vermessen.
„Dies ist eine der besten Techniken, um ein Schwarzes Loch zu wiegen, und wir waren begeistert, sie auf eine so viel frühere Epoche der kosmischen Geschichte auszudehnen.“
Sechs Milliarden Sonnenmassen und eine erloschene Galaxie
Die Analyse, die kürzlich im Fachjournal Science veröffentlicht wurde, ergab eine Masse von sechs Milliarden Sonnenmassen - ein typischer Wert für supermassereiche Schwarze Löcher, aber nun erstmals in einer so großen Entfernung direkt bestätigt. Richard Ellis fasst die Bedeutung zusammen: „Indem wir bestimmt haben, wie sich die Sterne im Kern dieser fernen Galaxie kollektiv bewegen, konnten wir die Masse ihres ansonsten nicht nachweisbaren supermassereichen Schwarzen Lochs messen. Mit dem Nachweis der Machbarkeit dieser Technik für Galaxien im frühen Universum können wir nun eine vollständigere Bestandsaufnahme darüber durchführen, wie sich Schwarze Löcher im Laufe der Zeit entwickeln, und auf ihre Rolle bei der Gestaltung der Galaxienentwicklung schließen.“
Die Galaxie MRG-M0138 selbst gibt dabei weitere Rätsel auf. Sie ist „tot“ - sie bildet keine neuen Sterne mehr. Die wahrscheinlichste Erklärung: Das supermassereiche Schwarze Loch durchlief in seiner Vergangenheit eine Phase als gleißender Quasar, in der es gewaltige Energiemengen freisetzte. Diese Energie trieb Gas und Staub aus der Galaxie hinaus und entzog ihr damit das Rohmaterial für die Sternentstehung. Die Beobachtung liefert somit ein direktes Beispiel für jene Rückkopplungsprozesse, die in Simulationen der Galaxienentwicklung seit Jahrzehnten berücksichtigt werden, aber bisher nur schwer direkt nachzuweisen waren.
Google · Deine QuellenWissnox höher in Ihrem Google - mit einem KlickZu bevorzugten Quellen hinzufügen →Was die kosmische Waage für die Zukunft verspricht
Die erfolgreiche Massenbestimmung in zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung öffnet die Tür für eine systematische Erfassung schlafender Schwarzer Löcher im jungen Kosmos. Bisher waren Astronomen auf leuchtkräftige Quasare angewiesen, um die Entwicklung supermassereicher Schwarzer Löcher zu studieren. Nun können sie auch die ruhende Mehrheit ins Visier nehmen und so ein realistischeres Bild davon gewinnen, wie diese Giganten wachsen und wie sie das Schicksal ihrer Heimatgalaxien beeinflussen. Weitere Beobachtungen mit dem JWST, das durch seine Infrarotempfindlichkeit und die Kombination mit Gravitationslinsen ideale Voraussetzungen bietet, werden in den kommenden Jahren zeigen, ob der sechs Milliarden Sonnenmassen schwere Riese in MRG-M0138 ein Einzelfall ist oder ob solche schlafenden Kolosse im frühen Universum häufiger vorkommen als gedacht.
Quellen:
- Thruster breakthrough? New 2-in-1 propulsion system is about to get an in-space test (Space.com)
- These record-breaking black hole winds could create a category 79 hurricane on Earth (Space.com)
- In a U.S. First, Solar Supplied More Power Than Coal Last Month (Yale Environment 360)
- An invisible forever chemical rain is falling across the planet (ScienceDaily - All)
- In a First, NASA’s Experimental X-59 Plane Flew Faster Than the Speed of Sound, Setting the Stage for ‚Quiet‘ Supersonic Aircraft (Smithsonian - Smart News)
- James Webb Space Telescope weighs ’sleeping giant‘ black hole from 10 billion light-years away - and it’s 6 billion times our sun’s mass (Space.com)
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