Galaxien sind nicht zufällig im Universum verstreut. Sie finden sich nicht nur zu Galaxienhaufen zusammen, sondern auch zu riesigen miteinander verbundenen Filamentstrukturen mit gigantischen Voids dazwischen. Dieses “kosmische Netz” begann turbulent und wurde im Laufe der Zeit klarer erkennbar, da die Gravitation Materie zusammenzog.
Astronomen haben mit dem James Webb Space Telescope ein fadenähnliches Gebilde aus zehn Galaxien entdeckt, das schon 830 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte. Die drei Millionen Lichtjahre lange Struktur wird von einem leuchtkräftigen Quasar angeführt – einer Galaxie mit einem aktiven, supermassiven Schwarzen Loch in ihrem Zentrum. Das Team vermutet, dass das Filament sich letztendlich in einen massereichen Galaxienhaufen entwickeln wird, ähnlich wie der bekannte Coma-Galaxienhaufen im nahen Universum.
“ich war überrascht davon, wie lang und schmal dieses Filament ist”, sagte das Teammitglied Xiahui Fan von der University of Arizona in Tucson. “Ich erwartete etwas zu finden, aber ich hatte keine so lange, dünne Struktur erwartet.”
“Dies ist eine der jüngsten Filamentstrukturen, die mit einem fernen Quasar in Zusammenhang stehen”, sagte Feige Wang von der University of Arizona in Tucson, der leitende Wissenschaftler des Programms.”
Die Entdeckung stammt vom ASPIRE-Projekt (A SPectroscopic survey of biased halos In the Reionization Era), dessen Hauptziel es ist, die kosmischen Umgebungen der frühesten Schwarzen Löcher zu untersuchen. Insgesamt wird das Programm 25 Quasare beobachten, die innerhalb der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall existierte in einer Zeit, die als Reionisierungsepoche bezeichnet wird.
“Die letzten beiden Jahrzehnte der kosmologischen Forschung haben uns ein solides Verständnis dessen gegeben, wie das kosmische Netz entsteht und sich entwickelt. ASPIRE zielt darauf ab zu verstehen, wie das Auftauchen der frühesten massereichen Schwarzen Löcher in unsere aktuelle Geschichte der Entstehung kosmischer Strukturen einbezogen werden kann”, erklärte das Teammitglied Joseph Hennawi von der University of California in Santa Barbara.
Wachsende Monster
Ein anderer Teil der Studie untersucht die Eigenschaften von acht Quasaren im jungen Universum. Das Team bestätigte, dass ihre zentralen Schwarzen Löcher, die weniger als eine Milliarde nach dem Urknall existierten, Massen zwischen 600 Millionen und zwei Milliarden Sonnenmassen besitzen. Astronomen suchen weiterhin nach Belegen, um zu erklären, wie diese Schwarzen Löcher so schnell so groß werden konnten.
“Um diese supermassiven Schwarzen Löcher in einer solch kurzen Zeitspanne zu bilden, müssen zwei Voraussetzungen erfüllt sein: Erstens muss das Wachstum von einem massereichen Schwarzen Loch ausgehen. Zweitens: Selbst wenn dieses Schwarze Loch mit einer Masse von Tausend Sonnenmassen beginnt, muss es während seiner gesamten Lebensdauer immer noch eine Million Mal mehr Materie mit der höchstmöglichen Rate ansammeln”, erklärte Wang.
“Diese beispiellosen Beobachtungen liefern wichtige Anhaltspunkte darüber, wie Schwarze Löcher wachsen. Wir haben erfahren, dass diese Schwarzen Löcher in massereichen jungen Galaxien liegen, die den Nahrungsvorrat für ihr Wachstum liefern”, sagte Jinyi Yang von der University of Arizona, der die ASPIRE-Studie leitet.
Webb lieferte auch den bislang besten Beleg dafür, wie frühe supermassive Schwarze Löcher möglicherweise die Bildung von Sternen in ihren Galaxien regulieren. Während die supermassiven Schwarzen Löcher Materie ansammeln, können sie auch gewaltige Materiejets produzieren. Diese Winde können sich bis weit jenseits des Schwarzen Lochs selbst in die Galaxie erstrecken und dort einen großen Einfluss auf die Entstehung von Sternen ausüben.
“Starke Winde von Schwarzen Löchern können die Entstehung von Sternen in deren Heimatgalaxie unterdrücken. Solche Winde wurden im nahen Universum beobachtet, aber wurden bisher nie in der Reionisierungsepoche direkt beobachtet”, sagte Yang. “Die Größenordnung der Winde hängt mit der Struktur des Quasars zusammen. In den Webb-Beobachtungen sehen wir, dass solche Winde im frühen Universum existierten.”
Diese Ergebnisse wurden am 29. Juni 2023 in zwei Studien in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
(THK)
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