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Das James-Webb-Weltraumteleskop hat in der Galaxie J0148-4214 erstmals drei aktiv akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher in einem einzigen System des frühen Universums nachgewiesen. Die Galaxie liegt mehr als 12,5 Milliarden Lichtjahre entfernt und wird so beobachtet, wie sie rund 1,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte. Entdeckt wurde das System von einem Team um Hannah Übler vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik im Rahmen des JWST-Programms „BlackTHUNDER“, veröffentlicht in Astronomy & Astrophysics.

Zwei der Schwarzen Löcher liegen im Zentrum nur 620 Lichtjahre auseinander, ein drittes rund 5500 Lichtjahre weiter außen. Ihre Massen werden auf etwa 80 Millionen, 2 Millionen und 600.000 Sonnenmassen geschätzt. Das zentrale Paar dürfte den Modellrechnungen zufolge innerhalb einiger hundert Millionen Jahre verschmelzen – ein möglicher Vorläufer künftig per Gravitationswellen beobachtbarer Ereignisse.

Offen bleibt, wie die drei Objekte in diesem einen System zusammenkamen, ob sich die Verschmelzung je direkt beobachten lässt und wie repräsentativ der Fund für andere frühe Galaxien ist.

Was passiert ist

Als das James-Webb-Weltraumteleskop die junge Galaxie J0148-4214 ins Visier nahm, zeigte sich rasch, dass in ihrem Zentrum etwas Ungewöhnliches vor sich geht: Das Teleskop registrierte die Signatur von Wasserstoffgas, das sich mit hoher Geschwindigkeit bewegte. Die genauere Analyse ergab, dass dafür nicht ein, sondern gleich drei aktiv akkretierende supermassereiche Schwarze Löcher verantwortlich sind. Es ist die erste bekannte Galaxie im frühen Universum, in der Forschende gleich drei solcher Objekte gleichzeitig nachweisen konnten. Die Galaxie liegt mehr als 12,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und wird so beobachtet, wie sie rund 1,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte.

Was die Quellen zeigen

Die Entdeckung geht auf ein Team um Hannah Übler vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching zurück, das im Rahmen des JWST-Beobachtungsprogramms „BlackTHUNDER“ arbeitet. Möglich wurde der Nachweis durch ortsaufgelöste Spektroskopie mit dem Instrument NIRSpec im Integralfeld-Modus, das Bewegungen von Gas im Raum sehr fein auflösen kann. Laut der Studie, die im Fachjournal Astronomy & Astrophysics erschienen ist, liegen zwei der drei Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxie nur 620 Lichtjahre auseinander, ein drittes befindet sich rund 5500 Lichtjahre weiter außen. Die Massen werden auf etwa 80 Millionen, 2 Millionen und 600.000 Sonnenmassen geschätzt. Auffällig ist zudem, dass das masseärmste der drei Objekte offenbar besonders intensiv Materie aufsammelt, während das massereichste vergleichsweise langsamer wächst.

Warum der Fund bedeutsam ist

Die Studie ordnet den Fund als Hinweis darauf ein, dass Verschmelzungen und Wechselwirkungen zwischen Galaxien im frühen Universum eine wichtige Rolle dabei gespielt haben könnten, wie supermassereiche Schwarze Löcher so schnell nach dem Urknall zu ihrer heutigen Größe heranwachsen konnten. Das zentrale Paar der beiden eng benachbarten Schwarzen Löcher dürfte den Modellrechnungen zufolge innerhalb einiger hundert Millionen Jahre verschmelzen. Damit gilt das System als möglicher Vorläufer jener Art von Schwarze-Löcher-Verschmelzungen, die künftige Gravitationswellen-Observatorien im All beobachten sollen.

Was unklar bleibt

Offen bleibt, über welche konkrete Abfolge früherer Galaxienverschmelzungen alle drei Schwarzen Löcher überhaupt in diesem einen System zusammenkamen. Ebenso unklar ist, ob und wann sich die vorhergesagte Verschmelzung des zentralen Paares tatsächlich beobachten lassen wird – dafür braucht es erst die entsprechenden Gravitationswellen-Instrumente der kommenden Jahrzehnte. Auch die Rolle des weiter außen liegenden dritten Schwarzen Lochs für die künftige Entwicklung der Galaxie ist noch nicht abschließend geklärt. Und schließlich ist offen, ob J0148-4214 ein seltener Ausreißer ist oder ob ähnliche Dreifachsysteme im frühen Universum häufiger vorkommen, als bisher angenommen.