Ein mysteriöses Schwarzes Loch am Anfang der Zeit, das eine Milliarde Sonnen wiegt: ScienceAlert

Das im kosmischen Morgengrauen entdeckte Schwarze Loch ist zu groß, als dass es leicht erklärt werden könnte. Diese Galaxie befindet sich im Zentrum einer Galaxie namens J1120+0641, die eine Masse von mehr als einer Milliarde Sonnen hat.

Überall um uns herum gibt es heute noch größere Schwarze Löcher. Das Problem ist Wann Weil es J1120+0641 gibt. Weniger als 770 Millionen Jahre nach dem Urknall ist es schwer zu sagen, wie das Schwarze Loch genug Zeit hatte, so viel Masse zu gewinnen.

Wir wissen seit mehr als einem Jahrzehnt von der Galaxie und ihrem überfüllten Schwarzen Loch, und Wissenschaftler haben Vorstellungen darüber, wie sie entstanden sein könnte. Nun, Notizen mit JWST Sie haben eines dieser Konzepte ungültig gemacht. Allen Berichten zufolge scheint J1120+0641 „erschreckend normal“ zu sein, was exotischere Erklärungen für das erhöhte Gewicht des Schwarzen Lochs offen lässt.

J1120+0641 erkannt Es wurde 2011 angekündigtMehrere Jahre lang blieb sie die am weitesten entfernte bekannte Quasargalaxie. Eigentlich sind es schon ein paar gute Jahre. Soweit wir wissen, war J1120+0641 eine anomale Galaxie, und eine mögliche Erklärung für ihre Größe bleibt unklar.

Quasargalaxien sind Galaxien, die ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch enthalten, das sich mit enormer Geschwindigkeit ernährt. Es ist von einer riesigen Gas- und Staubwolke umgeben, die es schnellstmöglich aufnimmt. Reibung und Schwerkraft rund um das Schwarze Loch erhitzen das Material und lassen es hell leuchten.

Aber die Geschwindigkeit, mit der sich ein Schwarzes Loch ernähren kann, ist nicht unbegrenzt. Die maximale stabile Rate wird dadurch bestimmt Eddington-Grenzedanach glänzt das heiße Material so intensiv, dass… Der Strahlungsdruck wird die Schwerkraft übersteigenwodurch Material weggeschoben wird und dem Schwarzen Loch nichts übrig bleibt, wovon es sich ernähren könnte.

Jetzt können Schwarze Löcher kurzzeitig in die Eddington-Superakkretion eintreten, diese Grenze durchbrechen und so viel Material wie möglich verschlingen, bevor der Strahlungsdruck einsetzt. Dies ist eine mögliche Erklärung für das Schwarze Loch im Zentrum von J1120+. 0641, und so wie wir sie in größerer Zahl finden, lauern auch andere große Schwarze Löcher am Anfang des Universums.

Um nach Anzeichen der Eddington-Superakkretion zu suchen, benötigten Astronomen Daten mit ausreichender Auflösung, um eine detaillierte Analyse des Lichts der Galaxie durchzuführen und nach Anzeichen für extreme Prozesse zu suchen. Deshalb brauchten wir das James-Webb-Weltraumteleskop, das leistungsstärkste jemals gebaute Weltraumteleskop, optimiert für die Beobachtung weit entfernter Bereiche von Raum und Zeit.

Das James-Webb-Weltraumteleskop beobachtete die Galaxie Anfang 2023, und ein Team unter der Leitung der Astronomin Sarah Boseman vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland zerkleinerte das gesammelte Licht, um die Eigenschaften des Materials zu katalogisieren, das das Schwarze Loch umgibt: einen massiven Torus von Staub auf der Galaxie. Außenbezirke, eine leuchtende Scheibe, die herumwirbelt und in das Schwarze Loch eindringt.

Diese Analyse zeigt, dass sich das Schwarze Loch tatsächlich ganz normal ernährt – und es gibt nichts in seiner Akkretion, das sich dramatisch von anderen, neueren Quasargalaxien unterscheidet.

Eine mögliche Erklärung für diese riesigen Schwarzen Löcher ist, dass überschüssiger Staub die Astronomen dazu veranlasste, ihre Massen zu überschätzen. Allerdings gibt es auch keine Hinweise auf zusätzlichen Staub.

Das bedeutet, dass J1120+0641 so aussieht, wie es aussieht: eine ganz gewöhnliche Quasargalaxie mit einem Schwarzen Loch, das nicht sehr schnell Material verschlingt. Das Schwarze Loch und seine Ernährungsmethode waren zu dem Zeitpunkt, als wir es beobachteten, wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall, relativ ausgereift.

„Insgesamt tragen die neuen Beobachtungen zum Rätsel bei: Frühe Quasare waren erschreckend normal.“ sagt Boseman„Egal bei welchen Wellenlängen wir sie beobachten, Quasare sind in allen Zeitaltern des Universums nahezu identisch.“

Das bedeutet, dass die Eddington-Superakkretion nicht die Antwort auf das Wachstum verwirrend massereicher Schwarzer Löcher zu Beginn der Zeit ist.

Die andere Haupterklärung ist, dass Schwarze Löcher zunächst aus sehr großen „Keimen“ entstanden sind. Anstelle eines langsamen, allmählichen Prozesses aus etwas von der Größe eines Sterns schlägt diese Theorie vor, dass Schwarze Löcher durch den Zusammenbruch von Materieklumpen oder sogar sehr massereichen Sternen entstehen, die Hunderttausende Male so groß sind wie die Masse der Sonne, was ihnen eine Kopfgröße verleiht Start.

Da immer mehr dieser riesigen Kreaturen in den Nebeln des frühen Universums lauern, scheint diese Idee weniger abwegig, sondern eher die bestmögliche Erklärung zu sein, die wir für diese mysteriöse Ära in der Geschichte des Universums haben.

Die Forschung wurde veröffentlicht in Natürliche Astronomie.