Eine aktuelle Analyse der mysteriösen roten Punkte, die im primitiven Universum beobachtet wurden, bietet direkte Hinweise auf das Entstehen der ersten supermassiven schwarzen Löcher. Diese Analyse basiert auf Informationen, die mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) gewonnen wurden.

Astronomen des Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) haben diesen entscheidenden Fund während der 247. Versammlung der American Astronomical Society in Phoenix, Arizona, präsentiert. Der entsprechende Artikel wurde im arXiv-Server veröffentlicht.

Die sogenannten kleinen roten Punkte zählen zu den am weitesten entfernten und rätselhaftesten astronomischen Objekten. Zunächst wurden sie durch Instrumente wie das Hubble-Teleskop entdeckt, das für die Erfassung kürzerer Wellenlängen ausgelegt ist. Diese kompakten Quellen erschienen lediglich als rote Flecken am Rand des beobachtbaren Universums, ohne dass Wissenschaftler ihre wahre Natur bestimmen konnten.

Die Ausdehnung des Kosmos dehnt das Licht in längere und rotartige Wellenlängen, was die Untersuchung zusätzlich erschwert.

Das Webb-Teleskop, das über eine hohe Sensibilität für Infrarotwellenlängen verfügt, ermöglichte Astronomen 2022, diese Punkte klarer in seinen ersten „Tiefenbildern“ zu erkennen. Daraus ergab sich eine grundlegende Frage: Was sind diese extrem kompakten und uralten Lichtpunkte tatsächlich?

Die anfänglichen Erklärungen, wie Devesh Nandal, Astronom am CfA und Hauptautor der neuen Studie, zu berichten weiß, postulierten komplexe Hypothesen basierend auf der Wechselwirkung von schwarzen Löchern mit Akkretionsscheiben und Staubwolken. Jedoch bietet die jüngste Forschung eine einfachere und schlüssigere Alternative.

Erstmals haben die Forscher ein detailliertes physikalisches Modell für einen seltenen massiven Stern entwickelt: metallfrei, mit schnellem Wachstum und einer Masse von etwa einer Million Sonnenmassen. Die resultierenden Eigenschaften des Modells — extreme Helligkeit, ein spektrales Format, das durch ein „V“ gekennzeichnet ist, sowie eine ungewöhnliche Lichtemission von Wasserstoff — stimmen mit den Beobachtungen dieser kleinen roten Punkte überein.

Laut Nandal hat die astronomische Gemeinschaft intensiv über die Identität dieser Objekte debattiert, seit sie entdeckt wurden. „Die kleinen roten Punkte waren seit ihrer Entdeckung umstritten“, sagt er und fügt hinzu, dass die neuen Modelle das verbergen, was sich im Zentrum befindet: „Ein einzelner riesiger Stern, der in eine dünne Hülle gehüllt ist“. Außerdem bieten diese Ergebnisse eine umfassende Erklärung für die vom Webb gesammelten Daten, wie Nandal erklärt.

Die Spektralanalyse zeigt, dass zwar ein Bereich von kompatiblen Sternmassen existieren könnte, nur die massivsten Sterne genügend Helligkeit aufweisen, um mit den beobachteten Punkten übereinzustimmen. Die von Nandal geleitete Gruppe argumentiert, dass die Identifizierung weniger heller und weniger massiver kleiner roter Punkte in zukünftigen Beobachtungen die Möglichkeit eröffnet, zu entschlüsseln, warum und wie diese geheimnisvollen Objekte entstehen.

Diese Ergebnisse klären nicht nur die Natur der Punkte, sondern erlauben es den Forschern auch, nahezu in Echtzeit die strahlenden finalen Momente zu beobachten, bevor ein riesiger Stern kollabiert und sich in ein schwarzes Loch verwandelt. Nandal betont: „Wenn unsere Interpretation korrekt ist, nehmen wir nicht nur an, dass es schwere schwarze Löcher gegeben hat. Vielmehr beobachten wir die Entstehung einiger von ihnen in Echtzeit“.

Seinen Worten zufolge bietet dieser Fortschritt eine viel solidere Grundlage für das Verständnis der Entwicklung sowohl der supermassiven schwarzen Löcher als auch der Galaxien im frühen Universum.

In der wissenschaftlichen Arbeit kommen die Autoren zu dem Schluss: „Gleichzeitig erfordert die schnelle Bildung der ersten supermassiven schwarzen Löcher (SMBH) die Entstehung schwerer Kerne, von denen die supermassiven Sterne (SMS) die Haupttheoretiker sind.“

Die Wissenschaftler hoffen, dass die auf der American Astronomical Society präsentierte Studie und die von Harvard & Smithsonian veröffentlichten Informationen als Grundlage für zukünftige Untersuchungen dienen, die die Entdeckung neuer Variationen dieser Objekte ermöglichen und die physikalischen Prozesse hinter der Entstehung der ersten schwarzen Löcher im Universum vollständig verstehen.