Eine kosmische Volkszählung verdreifacht die bekannte Anzahl von Schwarzen Löchern in Zwerggalaxien

Ein kolossales Zensus des Kosmos hat die Anzahl der aktiven Schwarzen Löcher, die in Zwerggalaxien existieren, mehr als verdreifacht und die bisher größte Anzahl von mittelschweren Schwarzen Löchern entdeckt.

Die Umfrage ergab etwa 2.500 Zwerggalaxien mit aktiv fressenden Schwarzen Löchern in ihren Zentren, im Vergleich zu etwa 500, die zuvor bekannt waren, berichten Forscher in einem Beitrag, der am 31. Oktober auf arXiv.org eingereicht wurde. Das Team hat auch fast 300 neue Kandidaten für mittelschwere Schwarze Löcher gefunden, eine Steigerung von etwa 70 zuvor möglichen Entdeckungen (SN: 9/2/20).

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Das reicht aus, um diese Schwarzen Löcher als Gruppe zu untersuchen, anstatt isoliert, sagt die Astronomin Ragadeepika Pucha von der University of Utah in Salt Lake City. Solche groß angelegten Studien könnten viele Mysterien darüber lösen, wie sich Schwarze Löcher und ihre Galaxien gemeinsam entwickeln.

Jede große Galaxie scheint sich um ein supermassives Schwarzes Loch zu drehen. Diese Giganten sind mehr als eine Million Mal massiver als die Sonne. Aber Astronomen sind sich nicht sicher, wie die Schwarzen Löcher dorthin gekommen sind.

„Es ist eine Art von Huhn-oder-Ei-Frage zwischen Galaxien und Schwarzen Löchern“, sagt Co-Autorin Stéphanie Juneau, eine Astronomin am NOIRLab in Tucson. „Welches ist zuerst entstanden? Kontrolliert das eine das andere?“

Zwerggalaxien und mittelgroße Schwarze Löcher könnten die besten Orte sein, um Antworten zu finden. Diese Winzlinge gelten als die frühesten Stadien des Wachstums von Galaxien und Schwarzen Löchern, Objekte, die über die kosmische Zeit vielen Verschmelzungen mit anderen Schwarzen Löchern und Galaxien entkommen sind.

„Um ein vollständiges Bild von der Entstehung und Entwicklung der Galaxie zu erhalten, müssen wir verstehen, wie sich diese kleinen Galaxien entwickeln und wachsen“, sagt Pucha.

Pucha und ihre Kollegen griffen auf frühe Daten eines Projekts am Mayall-Teleskop in Arizona zurück, um eine gigantische 3-D-Karte des Universums zu erstellen. Allein im ersten Jahr hat die Dark Energy Spectroscopic Instrument, oder DESI, Umfrage fast 1,5 Millionen Galaxien beobachtet (SN: 4/4/24). Das Team durchsuchte einen Teil dieser Sammlung nach Zwerggalaxien, die Wellenlängen von Licht emittieren, die mit dem heißen Scheibchen aus Gas und Staub verbunden sind, das um ein aktiv fressendes Schwarzes Loch wirbelt.

Ungefähr 2 Prozent der fast 115.000 Zwerggalaxien in der Studie emittieren ein solches Licht, hat das Team herausgefunden. Frühere Umfragen haben aktive Schwarze Löcher nur in 0,5 Prozent der Zwerggalaxien gefunden.

Das Team hat auch die Massen der Schwarzen Löcher in mehr als 4.000 Galaxien, sowohl Zwerg- als auch Nicht-Zwerggalaxien, bestimmt. Dann suchte es nach mittelschweren Schwarzen Löchern, mit Massen zwischen etwa 100 und einer Million Mal der Masse der Sonne (SN: 2/8/17).

„Diese sind sehr wichtig, weil sie uns über die Entstehung der ersten Schwarzen Löcher im Universum informieren“, sagt Pucha. Wenn Schwarze Löcher klein beginnen und durch Verschmelzung mit anderen Schwarzen Löchern wachsen, dann sollte das Universum mit diesen Mittelgewichten übersät sein, die die Zwischenstufen des Wachstums darstellen.

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Pucha und ihre Kollegen haben etwa 150 sichere Entdeckungen in den DESI-Daten gemacht und ungefähr die gleiche Anzahl von vorläufigen, was darauf hindeutet, dass die ersten Schwarzen Löcher im Universum relativ leichtgewichtig waren. Aber das James Webb Space Telescope oder JWST hat auch überraschend massive Schwarze Löcher im sehr frühen Universum entdeckt (SN: 11/1/24). Pucha sagt, dass es einfach bedeuten könnte, dass das JWST die frühesten Schwarzen Löcher im Universum noch nicht gesehen hat.

Diese Umfrage hat wahrscheinlich nur die Spitze des Eisbergs gefunden. Die vollständigen Daten des ersten Jahres sollen im März oder April 2025 veröffentlicht werden und werden viele weitere Galaxien enthalten.

Und es gibt zweifellos noch mehr zu entdecken. „Sie haben alle gefunden, die wirklich helle Scheinwerfer sind“, sagt die Astronomin Mallory Molina von der Vanderbilt University in Nashville, die nicht am DESI-Projekt beteiligt ist. „Selbst mit dem einfachsten Erkennungswerkzeug, das wir haben, entdecken [die Forscher] immer noch eine riesige Anzahl in dieser Umfrage. Es gibt noch viel zu erforschen.“