Während Astronomen unsere Sicht auf das Universum in die Vergangenheit verschieben, enthüllen ihre Teleskope weiterhin Überraschungen. Dies ist bei einem supermassiven Schwarzen Loch in CEERS 1019 der Fall, einer sehr frühen, weit entfernten Galaxie.
Wie früh? Es existierte und entstand etwa 570 Millionen Jahre nach dem Urknall. Das James Webb Space Telescope (JWST) erhaschte einen Blick darauf und untersuchte sein Schwarzes Loch. Es wurden auch Daten zu zwei anderen Schwarzen Löchern erfasst, wie sie waren, als das Universum etwa eine Milliarde Jahre alt war.
Die Entdeckungen von Galaxien und Schwarzen Löchern sind Teil eines speziellen Beobachtungsprogramms mit JWST. Es heißt Cosmic Evolutionary Science Early Launch Survey (CEERS). Die Idee besteht darin, detaillierte Bilder und Spektren früher und entfernter Objekte im Infrarot- und Mittelinfrarotlicht zu erhalten. Objekte im frühen Universum fluoreszieren im ultravioletten und sichtbaren Licht. Bis ihr Licht uns jedoch erreicht, hat es sich im Infrarotsystem „ausgedehnt“. Da Infrarot auch staubige Bereiche durchdringen kann, bietet es den zusätzlichen Vorteil, Dinge zu sehen, die sonst verborgen bleiben würden.
Das Auffinden von Schwarzen Löchern im frühen Universum in frühen Galaxien eröffnet unser Verständnis dieser Zeit in der kosmischen Geschichte. Das war kurz nach dem Urknall. Beispielsweise haben die neu entdeckte CEERS-Galaxie und ihr aktives supermassereiches Schwarzes Loch Astronomen überrascht. CEERS 1019 existierte zu einer Zeit, als sich die ersten Galaxien bildeten. Es muss also relativ klein und ohne Merkmale sein, oder? Und wenn es in dieser frühen Ära Schwarze Löcher gab, müssen sie (für Schwarze Löcher) eine relativ geringe Masse gehabt haben. Rechts?
Eine kleine Galaxie und ihr Schwarzes Loch
Nun, es ist kompliziert. Es stellt sich heraus, dass diese Schwarzen Löcher weniger massiv sind. Aber mindestens einer von ihnen ist immer noch zu groß. Woher wissen wir das? Laut Steve Finkelstein, Hauptforscher der CEERS-Umfrage, kann JWST sowohl frühe Galaxien als auch ihre Schwarzen Löcher untersuchen. „Bisher war die Suche nach Dingen im frühen Universum weitgehend theoretisch“, sagte er. „Mit Webb können wir nicht nur schwarze Löcher und Galaxien in großen Entfernungen sehen, sondern wir können jetzt auch damit beginnen, sie genau zu vermessen. Das ist die enorme Leistung dieses Teleskops.“
Wie schneiden CEERS 1019 und sein Schwarzes Loch ab? Die Galaxie selbst erscheint als drei helle Klumpen ohne Scheibe. Es sammelt sich also immer noch und spuckt neue Sterne aus, während es seine Struktur aufbaut. „Wir sind es nicht gewohnt, in diesen Entfernungen viele Strukturen in Bildern zu sehen“, sagte CEERS-Teammitglied Cihan Kartaltepe, außerordentlicher Professor für Astronomie am Rochester Institute of Technology in New York. „Verschmelzungen von Galaxien könnten teilweise für die verstärkte Aktivität im Schwarzen Loch dieser Galaxie verantwortlich sein, und dies könnte auch zu einer verstärkten Sternentstehung führen.“
Und dieses supermassereiche junge Schwarze Loch? Es ist völlig damit beschäftigt, Gas zu schlucken, und es stellt sich heraus, dass es 9 Millionen Sonnenmassen enthält. Das ist weniger als einige Schwarze Löcher seines Alters, aber immer noch größer als erwartet. Es existiert so früh in der Geschichte, dass es den Anschein hat, als hätte es sich sehr kurz nach dem Beginn des Universums gebildet, was interessant ist.
Interessanterweise ähnelt das Schwarze Loch Sagittarius A*, das sich im Zentrum der Milchstraße befindet. Und das ist spannend, auch wenn es immer noch verwirrend ist. „Die Betrachtung dieses entfernten Objekts mit diesem Teleskop ähnelt stark der Betrachtung von Daten von Schwarzen Löchern, die in Galaxien in der Nähe unserer eigenen gefunden wurden“, sagte Rebecca Larson, eine kürzlich promovierte Wissenschaftlerin. Absolvent der UT Austin, die das Studium dieser Materie leitete. „Es gibt zu viele Spektrallinien zum Analysieren!“
um diese Spektrallinien herum
Während uns die Infrarotansicht die Struktur der Galaxie zeigt, offenbaren die Spektrallinien andere Eigenschaften. Spektren können beispielsweise hohe Geschwindigkeiten und Temperaturen des Energieflusses bestimmen. Im Fall von CEERS 1019 erfasst das Spektrometer sowohl das Schwarze Loch als auch seine Muttergalaxie. Seine Daten zeigen den Gashunger eines Schwarzen Lochs sowie seine Sternentstehungsrate. Es wird interessant sein zu sehen, ob sich dieses Szenario auch in anderen Galaxien der CEERS-Durchmusterung abspielt. In der Zwischenzeit veranlassen diese ersten Entdeckungen die Astronomen jedoch, ihre Vorstellungen über Schwarze Löcher und die Entstehung von Galaxien im jungen Universum zu verfeinern.
CEERS konzentriert sich insbesondere auf diese Objekte, wie sie im Zeitalter der Reionisierung existierten. Dies ist ein Punkt in der kosmischen Geschichte, an dem das Licht begann, sich frei durch das expandierende Universum zu bewegen. Dieses Licht kam von den ersten Sternen und ionisiertem Gas zwischen Sternen und Galaxien. Es scheint auch, dass sich zu dieser Zeit (und möglicherweise auch schon früher) Galaxien zu sammeln begannen. Die Umfragedaten umfassen die Akkretion von Sternen (Sternmasse), die daraus resultierenden morphologischen Veränderungen in Galaxien sowie das Wachstum dieser frühen Schwarzen Löcher. Die Untersuchung dieses Zeitraums ist daher von entscheidender Bedeutung, um eine Zeitleiste der Entstehung und Entwicklung des Universums durch die Akkretion und Transformation dieser frühen Galaxien zu verfolgen. Dies ist eines der Hauptziele des JWST, das gerade sein erstes volles Jahr der Beobachtung des Universums im Infrarotbereich abschließt.
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