Frühes Schwarzes Loch im Schlaf gewogen : Zu weit weg? Von wegen!
Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind in jeder Hinsicht extrem: extrem massereich, extrem groß und – im Fall eines Quasars – extrem hell. Genauer gesagt: die sie umgebenden Akkretionsscheiben. Anhand der Spektrallinien des dort fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigten Gases lässt sich die Masse des Schwarzen Lochs abschätzen. Was aber tun, wenn dieses nur wenig Materie verschlingt und keine hell leuchtende Scheibe zu sehen ist?
Ein Team um den Astronomen Andrew Newman von Carnegie Science ist es nun erstmals gelungen, die Masse eines solchen »ruhenden« Schwarzen Lochs in einer Galaxie mehr als zehn Milliarden Lichtjahre von uns entfernt (z = 1,95) allein anhand der Stellardynamik zu bestimmen. Für ein derart weit entferntes Objekt war das wegen der erforderlichen extrem hohen räumlichen Auflösung bisher unmöglich.
Abhilfe schaffte das NIRSpec-Instrument an Bord des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) im Zusammenspiel mit einem Galaxienhaufen. Dieser befindet sich auf unserer Sichtlinie zur Zielgalaxie MRG-M0138 und wirkt daher als Gravitationslinse (siehe »Unter der Lupe«). Deren verzerrtes Abbild erscheint nicht nur mehrfach, sondern auch um das 30-Fache vergrößert. So konnte das Team die Bewegung einzelner Sternfelder räumlich auflösen und deren Geschwindigkeitsverteilung innerhalb des gravitativen Einflussbereichs des Schwarzen Lochs vermessen. Das lässt wiederum direkte Rückschlüsse auf dessen Masse zu.
Durch den Effekt einer Gravitationslinse, hervorgerufen durch einen vorgelagerten Galaxienhaufen (weiß-gelbliche Galaxien), erscheint die deutlich weiter entfernte und rot erscheinende Galaxie MRG-M0138 verzerrt, vergrößert und vierfach abgebildet. Der rechte Teil des unteren Bogens markiert dabei die Region der stärksten Vergrößerung. Dort konnte mithilfe des NIRSpec-Instruments an Bord des JWST die Geschwindigkeitsverteilung von Sternen im Umfeld des Schwarzen Lochs gemessen werden.
Die Beobachtungen deuten auf ein Zentralobjekt von rund sechs Milliarden Sonnenmassen hin. Damit gehört das Schwarze Loch im Zentrum von MRG-M0138 zu einem der massereichsten und größten »schlafenden« Exemplare aus dieser Epoche des Universums – unser Sonnensystem findet darin bequem viermal nebeneinander Platz. Ein Vergleich mit lokalen Galaxien zeigt zudem, dass es im Verhältnis zur Galaxienmasse deutlich schwerer ist, was auf ein sehr frühes und schnelles Wachstum hindeutet.
Auch die Galaxie selbst hat sich in eine Ruhephase begeben und bildet kaum mehr neue Sterne. Das war nicht immer so, vermutet das Team. Wahrscheinlich beherbergte MRG-M0138 in der Vergangenheit einen aktiven und leuchtkräftigen Kern, einen Quasar. Dessen freigesetzte Energie blies das für die Sternbildung benötigte Gas aus der Galaxie heraus oder erhitzte es so weit, dass es nicht kollabieren konnte. In der Folge kam die Sternentstehung zum Erliegen. MRG-M0138 wird sich vermutlich zu einer elliptischen Galaxie entwickeln. Ihre Masse wird sich dabei verdoppeln, hauptsächlich durch Verschmelzungen mit anderen Galaxien.
Die Rekordmessung verschiebt die Grenze für die Massenbestimmungen eines schlafenden Schwarzen Lochs um das 15-Fache – von bislang 700 Millionen Lichtjahren auf eine Entfernung von nun mehr als zehn Milliarden Lichtjahren. Die Gruppe hofft auf weitere Funde mit zukünftigen Teleskopen wie dem Giant Magellan Telescope in Chile, denn Beobachtungen dieser Art liefern wichtige Hinweise zur Co-Evolution von Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien.
Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.