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Schwarzes Loch oder Galaxie – James Webb hat überraschende Antwort, was zuerst da war

Daten des James-Webb-Teleskops zeigen, dass schwarze Löcher bereits während der ersten 50 Millionen Jahre unseres 13,8 Milliarden Jahre alten Universums vorhanden gewesen sein und die Sternentstehung angetrieben haben könnten.

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Schwarze Löcher haben eine enorme Anziehungskraft - und funktionieren zumindest theoretisch ähnlich wie eine Batterie. (Foto: REDPIXEL.PL/Shutterstock)

Die neuen Analyse-Ergebnisse des James Web Space Telescope (JWST) könnten die Theorie widerlegen, dass sich schwarze Löcher erst nach der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien gebildet haben. „Wir wissen, dass diese Monster-Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien in der Nähe unserer Milchstraße existieren, aber die große Überraschung ist jetzt, dass sie auch am Anfang des Universums vorhanden waren und fast wie Bausteine oder Samen für frühe Galaxien waren“, sagt Studienleiter Joseph Silk, Professor an der Johns-Hopkins-Universität, in einer Erklärung.

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Galaxien womöglich durch Schwarze Löcher entstanden

„Sie haben wirklich alles angekurbelt, wie gigantische Verstärker der Sternentstehung, was eine völlige Umkehrung dessen ist, was wir bisher für möglich hielten – so sehr, dass dies unser Verständnis davon, wie sich Galaxien bilden, völlig umkrempeln könnte.“

Die derzeit am weitesten akzeptierten Theorien zur kosmischen Entwicklung gehen davon aus, dass Schwarze Löcher im frühen Universum entstanden. Als Grund wird angenommen, dass den massereichen Sternen der für die Kernfusion benötigte Brennstoff ausging.

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Diese Sterne wären dann kollabiert und hätten schwarze Löcher erzeugt. Weitergedacht bedeutet das, dass die schwarzen Löcher nach der Entstehung der Sterne, aus denen sie entstanden sind, und vor der ersten Ansammlung von Galaxien existent gewesen sein müssen.

Silk und seine Kolleg:innen fanden jedoch heraus, dass Schwarze Löcher und Galaxien in der Urzeit des Universums offenbar nebeneinander existierten und sich bereits 100 Millionen Jahre nach dem Urknall gegenseitig beeinflussten. Diese Zeitspanne entspräche lediglich den ersten Januartagen, wenn man die Geschichte des Universums auf ein Kalenderjahr verdichten würde, setzt Silk die Entdeckung in einen Kontext.

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Schwarze Löcher zermalmen Gaswolken, was Sterne produziert

Grund für die Annahme sind neue Beobachtungsdaten des JWST, die zeigen, dass weit entfernte und frühe Galaxien sich als heller erweisen, als plausiblerweise zu erwarten wäre. Aus Sicht der Forscher:innen deutet das darauf hin, dass die Galaxien bereits mit einer ungewöhnlich hohen Anzahl von Sternen und supermassiven schwarzen Löchern übersät sein müssen.

„Wir vermuten, dass die Ausströmungen der Schwarzen Löcher Gaswolken zerdrücken, sie in Sterne verwandeln und die Sternentstehung stark beschleunigen“, so Silk. „Andernfalls ist es sehr schwer zu verstehen, woher diese hellen Galaxien kommen, da sie im frühen Universum typischerweise kleiner sind. Warum in aller Welt sollten sie so schnell Sterne bilden?“

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JWST zeigt unplausibel helle Galaxien

Schwarze Löcher können sogenannte aktive galaktische Kerne (AGN) oder Regionen in Galaxien antreiben, die das Licht aller Sterne in den Galaxien selbst überstrahlen können. Silk glaubt, dass die Tatsache, dass Schwarze Löcher wie „kosmische Teilchenbeschleuniger“ wirken, es dem JWST ermöglichte, so viele im frühen Universum zu entdecken.

„Wir können diese heftigen Winde oder Jets in der Ferne nicht sehen, aber wir wissen, dass sie vorhanden sein müssen, weil wir viele Schwarze Löcher in der Frühzeit des Universums sehen“, erklärt Silk. „Diese enormen Winde, die von den schwarzen Löchern ausgehen, zerquetschen Gaswolken in der Nähe und verwandeln sie in Sterne. Das ist das fehlende Glied, das erklärt, warum diese ersten Galaxien so viel heller sind, als wir erwartet haben.“

Schwarze Löcher als Keimzelle für Galaxien

Bislang sei die Forschung davon ausgegangen, dass sich Galaxien am Anfang bildeten, als eine riesige Gaswolke kollabierte, erläutert Silk. „Die große Überraschung ist, dass sich in der Mitte dieser Wolke ein Keim befand – ein großes schwarzes Loch -, das dazu beitrug, dass sich der innere Teil dieser Wolke schnell in Sterne verwandelte, und zwar in einem Tempo, das wir nie erwartet hatten. Und so sind die ersten Galaxien unglaublich hell.“

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Jetzt will Silks Team die gewonnenen Theorien auf unsere Milchstraße anwenden. Die Sonne sei einer von 100 Milliarden Sternen in der Milchstraßengalaxie, und in der Mitte befinde sich ein riesiges schwarzes Loch, so Silk. Er fragt sich: „Was ist die Verbindung zwischen diesen beiden? In einem Jahr werden wir viel bessere Daten haben, und viele unserer Fragen werden beantwortet werden können.“

Die Forschungsergebnisse des Teams lassen sich im Detail in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters nachlesen.

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