Japanische Astronomen haben ein bemerkenswertes supermassives Schwarzes Loch in der frühen Kosmos entdeckt, das mit nahezu unmöglichem Tempo wächst und gleichzeitig intensive Röntgen- und Radiowellen abstrahlt. Diese Entdeckung, die von Wissenschaftlern der Waseda-Universität und der Tohoku-Universität in Japan gemacht wurde, stellt langjährige Theorien in Frage und legt nahe, dass die grundlegenden physikalischen Prozesse, die im jungen Universum ablaufen, noch nicht vollständig verstanden sind.
Beobachtungen des Quasars
Das Team bemerkte einen fernen Quasar, der ein supermassives Schwarzes Loch aktiv versorgt, und verwendete dabei Beobachtungen des Subaru-Teleskops. Der Quasar existierte, als das Universum weniger als 1,5 Milliarden Jahre alt war. Er erfährt eine außergewöhnlich schnelle Akkretion und strahlt gleichzeitig intensiv in Röntgenstrahlen und produziert starke Radiowellen durch einen jet. Diese Merkmale sind Eigenschaften, die viele theoretische Modelle nicht erwarten, um simultan aufzufinden.
Wachstumsmechanismen von supermassiven Schwarzen Löchern
Supermassive Schwarze Löcher, die von Millionen bis Milliarden Mal der Masse der Sonne reichen können, befinden sich im Zentrum der meisten Galaxien. Sie wachsen, indem sie umliegendes Gas anziehen, normalerweise Wasserstoff und Helium, aus den Galaxien, in denen sie sich befinden.
Während das Gas spiralförmig in das Schwarze Loch einströmt, kann es eine kompakte Region heißer Plasmen, die als Korona bekannt ist, speisen, die Röntgenstrahlen abstrahlt. Außerdem erzeugen einige supermassive Schwarze Löcher einen jet aus austretendem Material, das stark im Radiofrequenzbereich abstrahlt. Wenn das Gas jedoch zu schnell auf ein supermassives Schwarzes Loch fällt, beginnt die Strahlung des Gases, das Material, das sich dahinter bewegt, abzuwehren, was zu einer Verlangsamung des Flusses führt.
Die Eddington-Grenze
Dies definiert die sogenannte selbstregulierende Eddington-Grenze, die im Wesentlichen eine Geschwindigkeitsgrenze darstellt, mit der Gas eindringen kann. Dennoch wird in einigen Fällen die Eddington-Grenze überschritten, was einen schnellen Massenzuwachs in kurzen kosmischen Zeiträumen ermöglicht. In seltenen Fällen wird angenommen, dass Schwarze Löcher vorübergehend diese Grenze durch die sogenannte super-Eddington Akkretion überschreiten, was ihnen erlaubt, rasch in kurzen kosmischen Zeiträumen Masse anzuhäufen. Allerdings wird normalerweise erwartet, dass ein solch extremer Wachstumsprozess die hochenergetische Strahlung unterdrückt und die Aktivität der Jets schwächt.
Ergebnisse und Bedeutung
Um herauszufinden, ob ein solch extremer Wachstumsprozess im frühen Universum tatsächlich stattfindet, nutzte das Team das nahe infrarote Spektrograph MOIRCS des Subaru. Sie maß das Bewegungsmuster des Gases in der Nähe des Schwarzen Lochs und berechneten seine Masse anhand der Emissionslinie Mg II.
Daten aus den Röntgenstrahlen zeigten, dass das Schwarze Loch Material ansammelt, das etwa 13-mal über der Eddington-Grenze liegt, wodurch es zu den am schnellsten wachsenden Schwarzen Löchern in dieser Masseskala zählt. Dr. Sakiko Obuchi, Forscherin an der Waseda-Universität und Hauptautorin der Studie, äußerte sich dazu: „Diese Entdeckung könnte uns näher daran bringen zu verstehen, wie supermassive Schwarze Löcher so schnell im frühen Universum entstanden sind.“
Darüber hinaus haben die Forscher beobachtet, dass das Objekt hell in Röntgenstrahlen leuchtet und starke Radiowellen abstrahlt. Dies war ein eindeutiger Beweis für eine aktive heiße Korona und einen leistungsstarken Jet. Aktuelle Modelle der super-Eddington Akkretion sagen voraus, dass diese Merkmale abgeschwächt oder fehlend sein sollten, wenn das Wachstum so extrem wird.
Das Team glaubt, dass der Quasar sich in einem kurzlebigen Übergangszeitraum befindet, in dem ein schneller Gaszufluss ihn über die Eddington-Grenze hinaus gedrängt hat, während seine Röntgenkorona und der Radiostrom weiterhin für kurze Zeit vorhanden waren, bevor sie verschwanden.
Falls bewiesen, könnten diese Beobachtungen einen Momentaufnahme des zeitlich variierenden Wachstums des Schwarzen Lochs im frühen Universum bieten, das schwer zu beobachten ist. Es könnte auch helfen, das schnelle Wachstum der Galaxien zu erklären, da die starken Jets die Sternentstehung während des extremen Wachstums des Schwarzen Lochs beeinflussen könnten.
Ein Bild von Pexels/NASA/JPL-Caltech
Siehe auch: Eine neue Theorie besagt, dass Gravitation aus der Entropie hervorgehen könnte, was zu einer einheitlichen Theorie der Physik führen könnte.
