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Little Red Dots deuten auf Schwarze-Loch-Verschmelzungen im frühen Universum hin
Kosmischer Engtanz: In Aufnahmen des James-Webb-Weltraumteleskops haben Astronomen vier Paare der rätselhaften Little Red Dots entdeckt. Zwei dieser Systeme liegen laut Spektraldaten sehr wahrscheinlich auf nahezu derselben Distanz. Die überraschend starke Häufung auf Kiloparsec-Skalen könnte darauf hindeuten, dass enge Wechselwirkungen das Wachstum früher Schwarzer Löcher fördern.
Kashiwa (Japan). Little Red Dots, kurz LRDs, gehören zu den auffälligsten Funden des James-Webb-Weltraumteleskops und tauchen im frühen Kosmos ungewöhnlich häufig auf. Sie gelten als mögliche junge aktive Galaxienkerne mit rasch wachsenden Schwarzen Löchern, doch was genau in ihnen leuchtet, wird weiterhin untersucht.
Eine offene Frage ist, ob Begegnungen und Verschmelzungen von Galaxien zum schnellen Wachstum dieser frühen Schwarzen Löcher beitragen. Forscher von The University of Tokyo (UTokyo) um Takumi S. Tanaka haben nun nach besonders eng benachbarten LRDs gesucht. Dafür wertete das Team hochauflösende Infrarotbilder des JWST-Programms COSMOS-Web aus und entwickelte eine Auswahlmethode, die nicht das gesamte Objekt, sondern die Farbe jedes einzelnen Bildpixels betrachtet.
Der Hintergrund der neuen Methode ist ein möglicher Auswahlfehler bisheriger LRD-Suchen, denn viele Verfahren bevorzugen kompakte, punktförmige Objekte. Zwei sehr nahe LRDs können dadurch wie ein einzelnes komplexes Objekt erscheinen und aus der Auswahl fallen, während die pixelweise Farbanalyse solche Systeme besser erfassen soll.
Das Team identifizierte vier Kandidatenpaare, bei denen beide Komponenten die typischen Farb- und Kompaktheitskriterien der Little Red Dots erfüllen. Ihre Winkelabstände liegen zwischen 0,2 und 1,2 Bogensekunden und entsprechen bei den geschätzten Entfernungen etwa einem bis sieben Kiloparsec, also rund 3.300 bis 23.000 Lichtjahren. Drei der vier Paare liegen sogar nur etwa ein bis zwei Kiloparsec auseinander.
Um auszuschließen, dass die roten Punkte nur zufällig in derselben Himmelsrichtung liegen, verglichen die Forscher die beobachteten Abstände mit 10.000 künstlichen Stichproben. Grundlage war eine bereinigte COSMOS-Web-Auswahl von 829 LRD-Kandidaten, in deren Zufallsverteilungen solch enge Konstellationen deutlich seltener auftraten als in den echten Daten.
Für zwei der vier Systeme lagen zusätzlich Spektraldaten aus dem JWST-Programm COSMOS-3D vor. In beiden Paaren fanden die Astronomen bei beiden Komponenten jeweils eine Emissionslinie an nahezu derselben beobachteten Wellenlänge. Das spricht stark dafür, dass die beiden Punkte eines Paars nicht nur am Himmel nebeneinanderstehen, sondern tatsächlich in derselben kosmischen Entfernung liegen.
Die Forscher deuten die Linien am ehesten als Hα-Strahlung von Wasserstoff, woraus sich Rotverschiebungen von z = 5,822 und z = 5,464 für die beiden Systeme ergeben. Ihre projizierten Abstände betragen damit 1,64 und 7,36 Kiloparsec. Bei den helleren Komponenten fanden die Forscher zudem breite Linienanteile, wie sie zu aktiven Schwarzen Löchern passen können.
Besonders auffällig ist die räumliche Verteilung, denn auf Skalen unter etwa einer Bogensekunde ist die gemessene Häufung der LRDs je nach Vergleich ungefähr 20- bis 50-mal stärker als eine Fortsetzung der Verteilung auf größeren Skalen erwarten ließe. Das könnte bedeuten, dass enge Wechselwirkungen die Aktivität der mutmaßlichen Schwarzen Löcher auslösen oder verstärken.
Eine Verschmelzung Schwarzer Löcher hat das Team damit allerdings nicht direkt beobachtet, vielmehr sind die vier Systeme zunächst Kandidaten für Vorstufen solcher Ereignisse. Wenn sich in beiden Komponenten tatsächlich wachsende Schwarze Löcher befinden, könnten sie nach einer Galaxienverschmelzung später selbst zusammenwachsen und langfristig auch Gravitationswellen erzeugen.