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Schwarzes Loch lässt Galaxie verhungern: James-Webb-Teleskop sorgt für bisher nicht mögliche Erkenntnisse

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das leistungsfähigste Instrument zur Beobachtung des Weltraums. Jetzt ist mit seiner Hilfe ein bisher nicht möglicher Beweis erbracht worden.

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James-Webb-Aufnahme von Pablos Galaxie. (Bildquelle: Jades Collaboration / Universität von Cambridge)

Erstmals ist Astronom:innen gelungen, eine Bestätigung für die Vermutung, dass supermassereiche schwarze Löcher ihren Wirtsgalaxien den Treibstoff entziehen können, den sie zur Bildung neuer Sterne benötigen, zu erhalten. Das James-Webb-Teleskop (JWST) konnte nachweisen, dass eine neue Komponente ausströmenden Gases für diesen Umstand verantwortlich ist. Diese Komponente war mit bisherigen Instrumenten nicht zu sehen.

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JWST sorgt für bisher nicht mögliche Erkenntnisse

Konkret gelang dies einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung der britischen Cambridge-Universität. Das Team nutzte das JWST, um eine Galaxie zu beobachten, die ungefähr die Größe der Milchstraße im frühen Universum, etwa zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall, hat.

Was das Team bereits wusste, war, dass diese Galaxie in ihrer Mitte ein Schwarzes Loch aufweist. Das trifft nach bisherigen Erkenntnissen indes für die meisten größeren Galaxien zu. Ebenfalls bekannt war, dass diese Galaxie die Bildung neuer Sterne weitestgehend eingestellt hat.

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„Aufgrund früherer Beobachtungen wussten wir, dass sich diese Galaxie in einem ‚ausgelöschten‘ Zustand befindet: Sie bildet aufgrund ihrer Größe nicht viele Sterne, und wir gehen davon aus, dass es einen Zusammenhang zwischen dem Schwarzen Loch und dem Ende der Sternentstehung gibt“, erläutert Dr. Francesco D’Eugenio vom Kavli-Institut für Kosmologie in Cambridge und ergänzt: „Bis zu Webb waren wir jedoch nicht in der Lage, diese Galaxie detailliert genug zu untersuchen, um diesen Zusammenhang zu bestätigen, und wir wussten nicht, ob dieser abgeschwächte Zustand vorübergehend oder dauerhaft ist.“

Junge Galaxie verhältnismäßig groß

Das erstaunte die Forscher:innen, denn die Galaxie GS-10578, die im Team als „Pablos Galaxie“ bezeichnet wird, ist für eine so frühe Phase des Universums vergleichsweise groß. Immerhin beträgt ihre Masse etwa das 200-Milliardenfache der Masse unserer Sonne. Die meisten ihrer Sterne sind nach wissenschaftlichen Erkenntnissen bereits vor 12,5 bis 11,5 Milliarden Jahren entstanden.

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„Im frühen Universum bilden die meisten Galaxien viele Sterne, daher ist es interessant, zu diesem Zeitpunkt eine so massive tote Galaxie zu sehen“, erläutert Mitautor Professor Roberto Maiolino, ebenfalls vom Kavli-Institut für Kosmologie. „Wenn sie genug Zeit hatte, um diese massive Größe zu erreichen, muss der Prozess, der die Sternentstehung gestoppt hat, wahrscheinlich relativ schnell abgelaufen sein.“

Ende der Sternenentstehung mangels Masse

Aufgrund der bisher limitierten Beobachtungsmöglichkeiten konnten die Forscher:innen bislang allerdings nicht herausfinden, was zu diesem Ende geführt haben könnte. Erst mit der Hilfe des JWST konnte das Cambridge-Team nachweisen, dass die Galaxie große Mengen an Gas ausstößt.

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Das geschehe mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.000 Kilometern pro Sekunde, was schnell genug sei, um der Anziehungskraft der Galaxie zu entkommen, so die Forscher:innen. So würden diese sich schnell bewegenden Winde durch das schwarze Loch gleichsam aus der Galaxie „herausgedrückt“.

Dünne Gaswolken aus heißem Gas hatten die Forscher:innen dabei ohnehin erwartet. Denn diese Art von ausströmendem Gas lässt sich bei allen bisher bekannten Galaxien mit schwarzen Löchern finden.

Bei der näheren Beobachtung konnte das JWST indes eine neue Komponente ausströmenden Gases sichtbar machen. Dieses Gas ist kälter, was bedeutet, dass es dichter ist und kein Licht aussendet. Erst das JWST kann solche dunklen Gaswolken sehen, weil diese einen Teil des Lichts der dahinter liegenden Galaxie blockieren.

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Dieses dichtere Gas nimmt eine Masse mit, die größer ist als jene, die die Galaxie benötigen würde, um weiterhin neue Sterne zu bilden. Vereinfacht ausgedrückt, sorgen diese Gase also dafür, dass die Galaxie regelrecht verhungert, weil ihr die Grundlage zur Bildung von Sternen entzogen wird.

„Wir haben den Schuldigen gefunden“, erläutert Dr. D’Eugenio: „Das schwarze Loch tötet diese Galaxie und hält sie in einem Ruhezustand, indem es die Nahrungsquelle abschneidet, die die Galaxie benötigt, um neue Sterne zu bilden.“

Modellberechnungen hatten Effekt vermutet

Anhand früherer Modellberechnungen war bereits vermutet worden, dass schwarze Löcher diesen Effekt hervorrufen können. Allerdings hatten ebendiese Modelle auch berechnet, dass das so induzierte Ende der Sternentstehung in regelrecht turbulenter Weise auf Galaxien wirkt und dabei ihre Form zerstört. Das ist jedoch bei Pablos Galaxie nicht der Fall.

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„Wir wussten, dass schwarze Löcher einen massiven Einfluss auf Galaxien haben, und vielleicht ist es üblich, dass sie die Sternentstehung stoppen, aber bis zu Webb konnten wir dies nicht direkt bestätigen“, sagt Maiolino. „Es ist ein weiterer Grund, warum Webb einen so großen Fortschritt in Bezug auf unsere Fähigkeit darstellt, das frühe Universum und seine Entwicklung zu untersuchen.“

Nun sollen weitere Beobachtungen mit dem Atacama-Large-Millimeter-Submillimeter-Array (ALMA) in der chilenischen Wüste klären, ob und wo in dieser Galaxie noch Brennstoff für die Sternentstehung verborgen ist und wie das supermassereiche Schwarze Loch genau auf sie wirkt.

Die Ergebnisse der jüngsten Beobachtungen wurden im Wissenschaftsjournal Nature Astronomy veröffentlicht.

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