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Quasarpaar im jungen Universum gibt Rätsel um das Wachstum Schwarzer Löcher auf
Die Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher in der Frühzeit des Universums ist noch immer schwer zu erklären. Nun zeigen neue Beobachtungen dicht benachbarte Quasarquellen, deren Licht aus einer Zeit nur 900 Millionen Jahre nach dem Urknall stammt. Sollten dahinter tatsächlich zwei verschiedene Schwarze Löcher stecken, würde dies die Frage nach ihrem raschen Wachstum weiter verschärfen.
Tucson (U.S.A.). Im Zentrum eines Quasars fällt Gas auf ein supermassereiches Schwarzes Loch und wird dabei extrem heiß. Die freigesetzte Strahlung übertrifft oft das Licht aller Sterne der umgebenden Galaxie. Besonders auffällig sind Quasare aus der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall, weil die zentralen Schwarzen Löcher bereits enorme Massen erreichen konnten.
Eine mögliche Erklärung für das schnelle Wachstum liegt in dichter kosmischer Umgebung, in der Gas einströmt und junge Galaxien miteinander wechselwirken. Doch selbst wenn solche Begegnungen die Schwarzen Löcher zusätzlich mit Materie versorgen, bleiben eng benachbarte und gleichzeitig aktive Quasare schwer zu finden. Ihre Lichtpunkte sind über große Entfernungen kaum voneinander zu trennen.
Forscher des National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NSF NOIRLab) um Silvia Onorato haben den bereits bekannten Quasar J1602+4228 mit neuen Daten untersucht. In räumlich aufgelösten Spektren des James-Webb-Weltraumteleskops trat eine zweite, viel schwächere Quasarkomponente zutage. Für die genauere Analyse folgten Messungen mit zwei Spektrografen am Gemini-Nord-Teleskop auf Hawaii.
„Der Himmel über Maunakea war so klar und die Sicht so scharf, dass wir die Daten in nur zwei Nächten erfassen konnten“, erklärt Silvia Onorato.
Am Himmel liegen die beiden Lichtquellen nur 0,98 Bogensekunden auseinander. Falls es sich um zwei getrennte Objekte handelt, entspricht dies bei ihrer gemeinsamen kosmischen Entfernung einem projizierten Abstand von rund 18.100 Lichtjahren. Die nahezu gleichen Rotverschiebungen zeigen, dass wir beide Quellen so sehen, wie sie rund 900 Millionen Jahre nach dem Urknall erschienen.
Der hellere Teil des Systems war bereits 2004 als einzelner Quasar entdeckt worden. Aufnahmen des Hubble-Weltraumteleskops hatten 2009 die Möglichkeit einer Gravitationslinse untersucht, die Frage aber nicht entscheiden können. Die neuen Spektren liefern nun wesentlich genauere Hinweise auf die Natur des Systems Nāpōwawāʻenakaulua.
Aus den Spektren ergeben sich Schätzwerte von rund 1,5 Milliarden Sonnenmassen für das größere Schwarze Loch und 400 Millionen Sonnenmassen für seinen möglichen Begleiter. Beide Quellen strahlen so intensiv, dass sie offenbar mit sehr hohen Raten Materie aufnehmen. Die errechneten Akkretionsraten liegen ungefähr bei der Eddington-Grenze, an der der Strahlungsdruck den weiteren Zustrom von Gas erschweren kann.
„Es gibt keine abschließende theoretische Erklärung dafür, wie auch nur einer dieser riesigen Quasare so früh in der Geschichte unseres Universums existieren kann, geschweige denn zwei“, erklärt Silvia Onorato.
Die Massen beruhen auf einer indirekten Auswertung der Strahlung und sind deshalb mit Unsicherheiten behaftet. Dennoch verdeutlichen die Werte, wie schnell manche Schwarzen Löcher schon in der Frühzeit des Kosmos gewachsen sein müssen. Ein zweites derart massereiches Objekt in unmittelbarer Nachbarschaft würde die Anforderungen an entsprechende Entstehungsmodelle zusätzlich erhöhen.