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Rote Lichtpunkte könnten Geburtsstätten riesiger Schwarzer Löcher sein
Rätsel um kosmische Lichtpunkte: Das James-Webb-Teleskop hat im frühen Universum Hunderte winzige, ungewöhnlich helle rote Objekte entdeckt. Neue Simulationen deuten darauf hin, dass diese „Little Red Dots“ junge Galaxien mit einem verdeckten, rasch wachsenden Schwarzen Loch sein könnten. Dichte Gasscheiben und kompakte Sternhaufen würden gleich mehrere ihrer rätselhaften Eigenschaften erklären.
Portsmouth (England). Sie erscheinen nur wenige hundert Lichtjahre groß, leuchten aber überraschend intensiv: Die vom James-Webb-Weltraumteleskop entdeckten „Little Red Dots“ passen nicht ohne Weiteres zu bekannten Galaxienmodellen. Mehr als 300 dieser Lichtpunkte wurden inzwischen im fernen, jungen Kosmos identifiziert.
Besonders rätselhaft ist die Kombination aus rotem Licht bei längeren Wellenlängen und einem vergleichsweise blauen Anteil im ultravioletten Bereich. Hinzu kommt, dass die Objekte trotz ihrer Helligkeit kaum nachweisbare Röntgen- und Radiostrahlung aussenden. Als Erklärungen wurden bisher etwa ungewöhnlich dichte Sternhaufen oder stark verhüllte Schwarze Löcher diskutiert.
Forscher der University of Portsmouth um Dr. Daniel Whalen haben nun anhand kosmologischer Simulationen untersucht, ob solche Objekte aus dem direkten Kollaps extrem massereicher früher Sterne entstehen können. Dabei müsste sich das junge Schwarze Loch noch in der dichten Gasscheibe befinden, aus der zuvor sein Vorläuferstern entstand. Die Ergebnisse zeichnen ein Szenario, das mehrere bislang schwer vereinbare Beobachtungen zugleich erklären könnte.
„Die Little Red Dots gehören zu den überraschendsten Entdeckungen des James-Webb-Weltraumteleskops. Sie sind kompakt, nur wenige hundert Lichtjahre groß, aber so hell wie wesentlich größere Galaxien, und ihre ungewöhnlichen V-förmigen Spektren haben sich den üblichen astrophysikalischen Erklärungen entzogen. Dass bei ihnen keine Röntgen- und Radioemission nachgewiesen werden konnte, hat es Astronomen schwer gemacht, ihre Natur zu erklären“, erläutert Dr. Daniel Whalen.
Um die Entstehung eines solchen Systems und seine Strahlung zu rekonstruieren, kombinierte das Team zwei getrennte kosmologische Simulationen. Eine beschreibt das Schwarze Loch in seiner dichten Gasscheibe, die andere die Sternpopulation der umliegenden Galaxie. Daraus errechneten die Wissenschaftler das Licht, das ein Teleskop wie Webb aus großer Entfernung empfangen würde.
Das Ergebnis: Im Modell erreicht das Gas nahe dem Schwarzen Loch extrem hohe Dichten, sodass energiereiche Röntgenstrahlung in seiner unmittelbaren Umgebung eingeschlossen bleibt. Ein Teil der Strahlungsenergie wird dagegen bei längeren Wellenlängen abgegeben, darunter sichtbares und infrarotes Licht. So entsteht ein auffälliger roter Spektralanteil, ohne dass ein frei sichtbarer aktiver Galaxienkern nötig wäre.
Bei der Berechnung wurde zunächst ein Schwarzes Loch von 100.000 Sonnenmassen in einer Gasscheibe simuliert. Seine Strahlungsleistung wurde dann auf das Niveau eines weitergewachsenen Schwarzen Lochs mit etwa zehn Millionen Sonnenmassen hochgerechnet. Die Berechnung prüft damit die mögliche Abschirmung der Strahlung, verfolgt aber nicht das gesamte Wachstum des zentralen Objekts in einem einzigen Rechenlauf.
Für die blauen Anteile des Lichts ist nach dem Modell nicht das Schwarze Loch allein verantwortlich. Ein dicht gepackter Sternhaufen in seiner Nachbarschaft trägt die kürzerwellige Strahlung bei. In der verwendeten Galaxiensimulation stecken rund 120 Millionen Sonnenmassen in Sternen, die sich überwiegend innerhalb eines Radius von etwa 150 Parsec, also knapp 500 Lichtjahren, befinden.
Dessen Sternenlicht und die berechnete Strahlung aus dem Gaskokon wurden anschließend zu gemeinsamen Spektren verrechnet. Diese passen zu fünf beobachteten Little Red Dots, darunter Objekte mit besonders ausgeprägtem Farbwechsel und eines aus einer sehr frühen kosmischen Epoche. Für vier der fünf verglichenen Quellen war der Sternenbeitrag nötig, um den blauen Spektra