Ein entferntes Quasar-Schwarzes Loch ist seltsam riesig für seine Galaxie

Die erste Sichtung von Sternenlicht aus einer Galaxie, die einen der am weitesten entfernten Quasare beherbergt, hat eine astronomische Kuriosität enthüllt.

Quasare - blendend helle galaktische Kerne - verdanken ihre Helligkeit der intensiven Hitze, die entsteht, wenn Gas um ein großes schwarzes Loch wirbelt. Das schwarze Loch, das einen Quasar 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt antreibt, ist halb so massiv wie alle Sterne um ihn herum - ein Rekordhoch für das Verhältnis für eine Quasargalaxie, berichten Astronomen in einem am 14. Oktober bei arXiv.org eingereichten Paper.

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Alle bisherigen Versuche, die Gastgalaxie mit dem Hubble-Weltraumteleskop zu erblicken, scheiterten. Daher nahmen die Astronomen stattdessen mit dem James Webb-Weltraumteleskop, oder JWST, ins Visier.

Der Quasar, mit dem Namen ULAS J1120+0641 und der viertweiteste bekannte, überstrahlt seine Galaxie um mehr als das 100-fache. "Das macht es sehr schwer, das [Licht] aus der Gastgalaxie zu messen", sagt Teammitglied Minghao Yue, Astronom am MIT. Aber während der 13 Milliarden Jahre, in denen das Licht des Quasars auf uns zugerast ist, hat die Ausdehnung des Universums das Licht um mehr als 700 Prozent gedehnt. Daher sehen wir das sichtbare Licht des Quasars bei Infrarotwellenlängen, wo das JWST den Großteil seiner Beobachtungen durchführt.

Das schwarze Loch, das den Quasar antreibt, so finden die Astronomen, ist 1,4 Milliarden Mal so massiv wie die Sonne, in Übereinstimmung mit früheren Schätzungen. Neu ist die Entdeckung der Gastgalaxie, deren Sterne sich auf 2,6 Milliarden Sonnenmassen addieren. Das ist im Vergleich zur Milchstraße, deren Sternmasse etwa 60 Milliarden Sonnenmassen beträgt, gering. Aber zu der Zeit, als wir den Quasar sehen, etwa 750 Millionen Jahre nach dem Urknall, waren alle Galaxien jung, und selbst die meisten größten Galaxien hatten weniger Sterne als moderne Giganten wie unsere eigene.

Was wirklich auffällt, ist das relative Gewicht des schwarzen Lochs: Es wiegt 54 Prozent der Sternmasse seiner Galaxie. "Das bedeutet, dass die Koentwicklung zwischen Schwarzen Löchern und ihren Gastgebern im frühen Universum sehr unterschiedlich sein muss" von modernen Galaxien, sagt Yue.

Der Astronom der Harvard University, Avi Loeb, ist einverstanden. Er glaubt, dass die Strahlung des Quasars die Sternbildung in der Gastgalaxie unterdrückt hat, indem sie ihr Gas erwärmt hat. Um sich zusammenzuziehen und Sterne zu bilden, muss das interstellare Gas eiskalt sein. Andernfalls verhindert der nach außen drängende Wärmendruck, dass das Gas in neue Sterne kollabiert. "Wenn ich raten müsste", sagt er, "ist das Gas nicht kalt genug, um viele Sterne zu produzieren."

Der Quasar wird in Zukunft ausgehen, sagt Loeb. Dann kann das Gas in der umgebenden Galaxie abkühlen und Sterne bilden und die Sternmasse der Galaxie erhöhen. Wenn wir die Galaxie in ihrer heutigen Form sehen könnten, würde ihre schwarze Lochmasse im Verhältnis zu ihrer Sternmasse wahrscheinlich der von Riesengalaxien in unserer Nähe entsprechen.

Leider, sagt Yue, geht aus der neuen Arbeit nicht hervor, wie diese riesigen schwarzen Löcher so schnell nach dem Urknall so groß geworden sind. Aber die Beobachtungen zeigen, dass eine andere Galaxie mit der den Quasar beherbergenden Galaxie kollidiert. Die Kollision lässt wahrscheinlich Gas in das schwarze Loch strömen, was seine bereits beträchtliche Masse steigert und den Quasar so hell leuchten lässt, dass Astronomen ihn über eine so große Entfernung sehen können.