Seit das James-Webb-Weltraumteleskop seine Arbeit aufgenommen hat, blickt die Astronomie auf eine Reihe unerklärlicher Phänomene aus der Frühzeit des Kosmos. Zu den hartnäckigsten Rätseln gehörten winzige, intensive Lichtpunkte, die Forscher als Little Red Dots
bezeichneten. Lange Zeit stritt die Fachwelt darüber, ob es sich dabei um überraschend reife Galaxien oder um extrem dichte, aktive Schwarze Löcher handeln könnte. Jüngste Beobachtungen und Computersimulationen haben diese Debatte nun entschieden und liefern eine schlüssige Erklärung für das gigantische Wachstum dieser kosmischen Objekte.
Supercomputer ATERUI III bestätigt Simulationen am Max-Planck-Institut
Unter der Leitung von Sunmyon Chon vom Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) hat ein internationales Forschungsteam nach eigenen Angaben die Entstehung dieser mysteriösen Rotpunkte entschlüsselt. Die Gruppe untersuchte die physikalischen Bedingungen im frühen Universum mithilfe des Supercomputers ATERUI III des National Astronomical Observatory of Japan, der eine der detailliertesten kosmologischen Modellierungen dieses Zeitraums berechnete. Die Ergebnisse wurden im renommierten Wissenschaftsmagazin Nature veröffentlicht.
Die Simulationen liefen dabei völlig natürlich ab. Sie erforderten weder besondere Annahmen, fein abgestimmte Bedingungen noch künstliche Auslöser. Stattdessen bildeten sich die gigantischen Schwarzen Löcher von ganz allein unter realistischen kosmischen Bedingungen.
Ultraschall und Gaswolken begünstigen das Megawachstum
Das Kernproblem, vor dem Astronomen jahrelang standen, betraf die schiere Masse der Schwarzen Löcher in der kosmischen Frühzeit. Sie hatten in viel kürzerer Zeit eine enorme Größe erreicht, als es nach den gängigen astrophysikalischen Modellen eigentlich möglich sein durfte. Das Team um Chon fand nun heraus, dass ein zentraler Effekt in früheren kosmologischen Simulationen schlicht übersehen worden war.
Intensive Strahlung im fernen Ultraviolettbereich, kurz FUV genannt, stammt aus benachbarten, sternbildenden Galaxien. Diese Strahlung unterdrückt die Entstehung von Sternen in nahegelegenen Gaswolken, indem sie verhindert, dass sich das Gas abkühlt und in kleinere Sterne aufspaltet. Anstelle eines normalen Sternhaufens kollabiert die Gaswolke direkt zu einem einzigen, massiven Objekt.
Diese sogenannten Schwarze-Loch-Keime
– von einer anderen Forschungsgruppe kürzlich auch als Black Hole Star
bezeichnet – sind von dichten, undurchsichtigen Gasscheiben umgeben. Dadurch können sie Materie mit Raten an sich reißen, die das theoretische Eddington-Limit um das Zehnfache übertreffen. Dieser Turbo-Effekt dauerte zwar nur wenige hunderttausend Jahre, reichte jedoch völlig aus, um die Objekte innerhalb von rund 600 Millionen Jahren nach dem Urknall von einer Million auf 30 Millionen Sonnenmassen anwachsen zu lassen.
Verbindung zwischen den ersten Sternen und Galaxien
Die neuen Erkenntnisse schlagen eine wichtige Brücke in der Kosmologie, indem sie physikalische Prozesse verknüpfen, die bislang isoliert betrachtet wurden. Diese Arbeit verbindet die ersten Sterne, die ersten Schwarzen Löcher und die ersten Galaxien miteinander
, erklärte MPA-Co-Autor Volker Springel. Die massereichsten Schwarzen Löcher des Universums benötigten demnach kein Wunder, sondern schlicht die passenden physikalischen Rahmenbedingungen, die im frühen Kosmos reichlich vorhanden waren.
