Astronomers using the James Webb Space Telescope have discovered three active supermassive black holes in the distant galaxy J0148-4214, roughly 12.5 billion light-years away. Published in Astronomy & Astrophysics, the findings offer the earliest known evidence of a black hole triplet in the early universe, shedding light on how these objects grew so rapidly.
Entdeckung im frühen Kosmos: Das Trio in der Galaxie J0148-4214
Im Zentrum fast jeder großen Galaxie sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch, das die Sternbildung und die Dynamik seiner Heimatgalaxie maßgeblich beeinflusst. Doch wie diese Gravitationsgiganten bereits rund 1,15 Milliarden Jahre nach dem Urknall eine so enorme Masse erreichen konnten, stellt Forschende seit langem vor Rätsel. Um diesen Wachstumsprozess zu verstehen, nahm ein internationales Team die rund 12,5 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie J0148-4214 ins Visier. Mithilfe des Nahinfrarot-Spektrografen NIRSpec an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops gelang dem Team ein historischer Nachweis.
Dies ist der erste Nachweis von drei aktiven Schwarzen Löchern in derselben Galaxie im fernen Universum
, erklärte Hannah Übler vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, die das Forschungsteam als Erstautorin leitete, in einer Mitteilung des Instituts.
Spektrografische Analyse offenbart ein zentrales Duo und einen Außenseiter
Zwar hatten Forschende J0148-4214 bereits in früheren Durchmusterungen als Galaxie mit einem aktiven Schwarzen Loch identifiziert. Erst der Einsatz des NIRSpec, der Spektren an zahlreichen Positionen der Galaxie aufzeichnet, brachte die wahre Komplexität ans Licht. Die Analyse zeigte keine homogenen Gasbewegungen, sondern drei getrennte Regionen, in denen Gas mit extremer Geschwindigkeit um unsichtbare Massen kreist.
Im Kern der Galaxie befinden sich zwei dieser aktiven Objekte. Sie sind in Projektion nur rund 620 Lichtjahre voneinander entfernt und lassen sich ausschließlich durch hochauflösende spektrale Analysen als eigenständige Quellen erkennen. Mit geschätzten Massen von 80 Millionen beziehungsweise 0,6 Millionen Sonnenmassen bilden sie ein extrem ungleiches Paar. Ein drittes Schwarzes Loch mit etwa zwei Millionen Sonnenmassen liegt dagegen im Außenbereich der Galaxie, rund 5.500 Lichtjahre vom Zentrum entfernt.
„Die Fingerprints look like black holes and the ‘shape’ is best explained with two separate ones.“
Caroline Foster, University of New South Wales
Um alternative Erklärungen auszuschließen, prüfte das Team um Übler auch Supernovae, Sternwinde, Stoßwellen und hochenergetische Ausflüsse. Doch während Supernovae im Laufe von fast zwei Jahren verblassen müssten, blieben die zentralen Signale über diesen Zeitraum nahezu unverändert. Auch das Fehlen charakteristischer Muster in anderen Elementen sprach gegen einen bloßen Materieausfluss. Die Forschenden schlossen daraus, dass es sich tatsächlich um drei getrennte, aktiv Materie verschlingende Schwarze Löcher handelt.
Massenverhältnisse, Akkretionsraten und das Schicksal des Systems
Neben der Entdeckung selbst lieferten die JWST-Daten präzise Einblicke in die physikalischen Eigenschaften des Systems. Die gesamte Sternmasse der Wirtsgalaxie beläuft sich demnach auf etwa 1,3 Milliarden Sonnenmassen.
Besonders auffällig ist das Wachstumsverhalten des zentralen Paares: Das weitaus kleinere Schwarze Loch mit 0,6 Millionen Sonnenmassen akkretiert Materie in rasantem Tempo und übertrifft dabei sogar die theoretisch erwartete Eddington-Grenze, während das massereichste zentrale Objekt vergleichsweise langsam wächst.
| Sch Schwarzes Loch | Geschätzte Masse | Position in der Galaxie |
|---|---|---|
| Zentrales Hauptobjekt | 80 Millionen Sonnenmassen | Galaktisches Zentrum |
| Zentraler Partner | 0,6 Millionen Sonnenmassen | Zentrum (ca. 620 Lichtjahre entfernt) |
| Äußerer Begleiter | 2 Millionen Sonnenmassen | Außenbereich (ca. 5.500 Lichtjahre entfernt) |
Für die Zukunft prognostizieren die Forschenden eine dynamische Entwicklung. Das zentrale Paar verliert durch dynamische Reibung allmählich Energie, nähert sich weiter an und könnte nach Berechnungen in rund 550 bis 660 Millionen Jahren miteinander verschmelzen. Das dritte Schwarze Loch im Außenbereich hingegen wurde entweder durch frühere Interaktionen aus dem Zentrum geschleudert oder driftet gegenwärtig in Richtung des galaktischen Kerns.
Ein effizienter Wachstumsweg im jungen Universum
Die Entdeckung dieses Dreiergespanns liefert neue Erklärungsansätze für eines der drängendsten Rätsel der modernen Kosmologie. Co-Autor Roberto Maiolino von der University of Cambridge wies darauf hin, dass solche Verschmelzungen einen zusätzlichen, schnellen Weg für das rasche Wachstum von Schwarzen Löchern im frühen Universum darstellten. Zudem zeigt das System, dass Prozesse im jungen Kosmos äußerst effizient darin waren, massive Objekte auf engstem Raum zusammenzubringen. Solche Systeme könnten damit auch wichtige Vorläufer für künftige Gravitationswellenobservatorien wie LISA bilden.
