Aktive supermassive Schwarze Löcher könnten seltener sein als bisher angenommen.

Es stellen sich weniger supermassive Schwarze Löcher einem Wachstumsschub als von Astronomen vermutet.

In jeder bekannten großen Galaxie befindet sich ein gigantisches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum. Einige dieser Giganten erleben Phasen des massiven Wachstums, während denen sie hell aufleuchten. Aber jüngste Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops haben wesentlich weniger dieser aktiven Schwarzen Löcher gezeigt, als erwartet wurde, berichten Forscher in einem am 22. August auf arXiv.org eingereichten Artikel.

Wenn das Ergebnis bestätigt wird, wirft die Entdeckung Fragen darüber auf, wie einige supermassive Schwarze Löcher so groß geworden sind und welchen Einfluss sie auf die Galaxien haben, in denen sie sich befinden.

Enorme Schwarze Löcher, wie das im Zentrum der Milchstraße, sind normalerweise ziemlich ruhig (SN: 6/28/23). Aber gelegentlich fällt interstellares Material auf sie herab - oft nach einer Kollision mit einer anderen Galaxie - wodurch ein sogenannter aktiver galaktischer Kern oder AGN entsteht. Hier strahlt das Herz der Wirtsgalaxie in riesigen Mengen Licht in allen Wellenlängen aus, während das herumwirbelnde Material um das Schwarze Loch aufheizt. Ein AGN kann nicht nur die Gastgalaxien überragen, sondern ist auch die hellste andauernde Lichtquelle im Universum.

Im Jahr 2017 prognostizierte die Astronomin Allison Kirkpatrick von der University of Kansas in Lawrence und ihre Kollegen, dass die Infrarotaugen des JWST viele solcher aktiven Schwarzen Löcher finden würden, basierend auf Beobachtungen anderer weniger empfindlicher, Weltraum-Infrarotteleskope. In der neuen Studie richtete Kirkpatrick und ihr Team das JWST auf einen gut untersuchten Bereich des Himmels, in dem das Weltraumteleskop Spitzer 2008 Infrarotsignaturen von aktiven galaktischen Kernen in fast einem Drittel der 19 untersuchten Galaxien gefunden hatte.

Diese Galaxien, wie sie vor rund 10 Milliarden Jahren zur Zeit des kosmischen Sternentstehungsmaximums zu sehen waren, waren alle ziemlich hell und massereich. Das JWST ist viel empfindlicher als das Spitzer-Teleskop und ist daher in der Lage, schwächere, mittelgroße Galaxien aus derselben Epoche zu erkennen - solche, die in etwa so groß sind wie die Milchstraße. Und dennoch scheinen von den fast 500 von JWST entdeckten Galaxien, die alle zum ersten Mal beobachtet wurden, nur 6 Prozent aktive galaktische Kerne zu enthalten, berichtet das Team.

"Wir erforschen tatsächlich eine neue Population" von Galaxien, sagt Tonima Tasnim Ananna, eine Astronomin an der Wayne State University in Detroit, die nicht an der Studie beteiligt war. Die neuen Daten stammen aus den entferntesten Teilen des Universums, einer Region, die dank des JWST jetzt besser zugänglich ist als je zuvor.

Die uns neuen Galaxien scheinen mit interstellarem Staub gefüllt zu sein. Es ist also möglich, sagt Kirkpatrick, dass schnell wachsende Schwarze Löcher in diesen entfernten, staubigen Galaxien verborgen sind und die Forscher einfach noch nicht über die technischen Möglichkeiten verfügen, um sie zu identifizieren.

Wenn es wirklich nicht so viele schnell wachsende Schwarze Löcher gibt, wie bisher angenommen, würde dies das Verständnis der Astronomen von Schwarzen Löchern und der Galaxienentstehung auf den Kopf stellen. Supermassive Schwarze Löcher können so viel wie mehrere Millionen - oder sogar mehrere Milliarden - Sonnenmassen wiegen. Die AGN-Phase gilt als wichtiger Schritt für das Ansammeln so großer Massen.

"Vielleicht durchlaufen nicht alle Galaxien diese aktive Phase, [und] ihre Schwarzen Löcher wachsen ziemlich langsam", sagt Kirkpatrick. Das würde bedeuten, dass einige supermassive Schwarze Löcher relativ massiv gestartet sein müssen, anstatt sich von vergleichsweise winzigen Objekten aus entwickelt zu haben.

Ein aktives Schwarzes Loch wächst nicht nur schnell in Isolation. Es beeinflusst auch seine Wirtsgalaxie. "Es wird wirklich, wirklich heiß" in einem AGN, sagt Kirkpatrick. Das kann es für die Gastgalaxie schwieriger machen, Sterne zu bilden, da diese relativ kühles Gas benötigen, um zu beginnen.

Und der Strahlungsdruck um ein schnell akkretierendes supermassives Schwarzes Loch kann stark genug sein, um "wie eine Billion Hurricanes, die durch deine Galaxie fegen", Winde zu erzeugen, sagt Kirkpatrick. Diese Winde könnten wiederum dafür sorgen, dass es in der Nähe des Zentrums der Galaxie zu instabil wird, um Planeten zu bilden, die in der Lage sind, Leben zu unterstützen. Aber wenn viele Schwarze Löcher keine AGN-Phase durchlaufen, könnten sie ihre Wirtsgalaxien möglicherweise nicht so stark beeinflussen.

Eine weitere Erklärung für das scheinbare Fehlen von aktiven Schwarzen Löchern in den neuen JWST-Daten ist, dass viele supermassive Schwarze Löcher durch periodische, kurze Aktivitätsschübe wachsen könnten. In diesem Fall hätten sie die umliegende Galaxie beeinflusst, aber solche Schübe wären nahezu undetectable (kaum nachweisbar).

Erhalten Sie hochwertigen Wissenschaftsjournalismus von der vertrauenswürdigsten Quelle direkt zu Ihnen nach Hause geliefert.

Wenn die Schwarzen Löcher "kurze Zeiträume langsam ein- und ausschalten", sagt Kirkpatrick, "werden Sie diese Dinge niemals finden. Sie werden niemals verstehen können, wie die Schwarzen Löcher wachsen."

More answers could be coming soon: Kirkpatrick is planning to use JWST again in January to conduct an even larger search. Instead of the nearly 500 galaxies used in this study, she says, “I’m going to have probably 4,000 galaxies to look at now.”

Our mission is to provide accurate, engaging news of science to the public. That mission has never been more important than it is today.

As a nonprofit news organization, we cannot do it without you.

Your support enables us to keep our content free and accessible to the next generation of scientists and engineers. Invest in quality science journalism by donating today.