Eine internationale Astronomengruppe hat mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops die Masse eines inaktiven, supermassereichen Schwarzen Lochs in einer mehr als 10 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie gemessen. Schwarze Löcher lassen sich grundsätzlich nicht leicht vermessen, es gibt jedoch einige Techniken, mit denen sich ihre Masse anhand der Menge des sie umgebenden Lichts berechnen lässt. Bei inaktiven Schwarzen Löchern funktioniert dies jedoch nicht; diese lassen sich nur anhand der Dynamik der Sterne vermessen.
Dieser Ansatz erfordert die Messung der Bewegung der Sterne, die dem supermassereichen Schwarzen Loch am nächsten liegen, weshalb er in der Regel nur bei sehr nahen Galaxien funktioniert, bei denen diese Sterne mit guter Auflösung sichtbar sind. Die Kombination zweier Techniken ermöglichte es jedoch kürzlich, diese Methode auf eine weit entfernte Galaxie anzuwenden, deren Licht erst 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall seine Reise antrat.
Der erste wichtige Schritt auf dem Weg zu diesem Ergebnis war der Einsatz des scharfen Blicks des James-Webb-Teleskops. Das Weltraumteleskop sieht im Infrarotbereich weiter und besser als jedes andere unserer Instrumente. Der zweite Trick ist die Gravitationslinsenwirkung. Das Licht der betreffenden Galaxie, MRG-M0138, wird von einem Galaxienhaufen im Vordergrund verzerrt und vergrößert, wodurch der Kern des entfernten Objekts detaillierter sichtbar wird.
„Diese beiden Techniken haben es uns ermöglicht, eine räumliche Auflösung zu erreichen, als würden wir eine Münze auf der Mondoberfläche betrachten“, erklärte Richard Ellis, Forscher am University College London und Erstautor der Studie „ “ ( ), in der über die Ergebnisse berichtet wird.
Die Forschung, die von Ellis’ ehemaligem Studenten Andrew Newman am Carnegie-Forschungsinstitut geleitet wurde, liefert einen wichtigen Ansatz zum Verständnis einer besonders kritischen Phase in der Entwicklung von Galaxien. Die heutigen Galaxien lassen sich grob in aktive und ruhende Galaxien unterteilen. Um den Ursprung der ruhenden Galaxien – die manchmal auch als rote und tote Galaxien bezeichnet werden – zu verstehen, muss man bei der als „kosmischer Süden“ bekannten Epoche ansetzen. Dies war der Höhepunkt der Sternentstehung im Universum und die Zeit, in der supermassereiche Schwarze Löcher aktiv wurden, da bei Galaxienkollisionen Gas zu ihnen strömte.
Ein aktives supermassives Schwarzes Loch, das sich zu einem Quasar entwickelt, kann starke Winde erzeugen, die das für die Sternentstehung notwendige Gas aufheizen und wegblasen. Bevor es also inaktiv wird, kann das supermassereiche Schwarze Loch die Fähigkeit seiner Galaxie, jung und aktiv zu bleiben, vollständig zunichte machen. „Es scheint, als sei dieses Schwarze Loch dafür verantwortlich gewesen, dass das Gas vor etwa 200–300 (vielleicht 400) Millionen Jahren verschwunden ist“, erklärt Ellis.
Das Schwarze Loch ist riesig und hat etwa das 6-Milliardenfache der Masse der Sonne. Das ist mehr als das 1000-Fache der Masse von Sagittarius A*, dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Die um es kreisenden Sterne legen pro Sekunde 400 Kilometer zurück. Das Team beabsichtigt nun, ähnliche Objekte mit derselben Methode zu untersuchen. Solche stellardynamischen Messungen, bei denen das James-Webb-Teleskop und die Gravitationslinsenwirkung kombiniert zum Einsatz kommen, könnten es uns ermöglichen zu verstehen, wie die Aktivität von Galaxien nachlässt und welche Rolle Schwarze Löcher dabei spielen.
„Dies ebnet den Weg für die Entdeckung weiterer solcher Objekte, da wir nun wissen, dass dies technisch möglich ist, und so können wir rote und tote Galaxien untersuchen, in denen es keine jungen Sterne mehr gibt, und untersuchen können, wann die Sternentstehung in ihnen zum Erliegen kam und ob es ein Schwarzes Loch gibt, das für diesen Stillstand verantwortlich ist“, erklärte Ellis. „Der Weg zu etwas ist nun frei, was zuvor völlig unmöglich war.“
Die derzeit laufende Euclid-Mission wird voraussichtlich weitere solcher gravitativ gelinster Objekte entdecken, was es den Experten ermöglicht, eine Population von Kandidatenobjekten für die Untersuchung zusammenzustellen und Einblicke in einen sehr wichtigen Moment der Galaxienentwicklung zu gewinnen.
