Ein neu beobachtetes Schwarzes Loch aus dem frühen Universum stellt etablierte astrophysikalische Modelle in Frage, indem es die vorhergesagten Wachstumsraten übertrifft und gleichzeitig unerwartete Strahlungsmuster aufweist. Das Objekt mit der Bezeichnung ID830 ist ein supermassereiches Schwarzes Loch (SMBH), das existierte, als das Universum gerade einmal 15 % seines heutigen Alters hatte und bereits 440 Millionen Mal die Masse unserer Sonne wog. Diese Entdeckung wirft grundlegende Fragen darüber auf, wie diese kolossalen Gebilde so schnell entstanden sind.
Das Eddington-Limit und das Super-Eddington-Wachstum
Schwarze Löcher sind für ihren unersättlichen Appetit bekannt, ihr Wachstum wird jedoch theoretisch durch das Eddington-Limit begrenzt. Diese „Geschwindigkeitsbegrenzung“ schreibt vor, dass der nach außen gerichtete Druck der von der einfallenden Materie ausgehenden Strahlung letztendlich die weitere Akkretion stoppen soll. Allerdings scheint ID830 13-mal mehr Materie zu verbrauchen als die Eddington-Grenze – eine Leistung, die früher für längere Zeiträume für unmöglich gehalten wurde.
Forscher schlagen mehrere Mechanismen vor, um dieses Super-Eddington-Wachstum zu erklären. Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Schwarze Loch kurze, intensive Nahrungsschübe erfährt und schnell Gas und Staub aufnimmt, bevor sich der Strahlungsdruck aufbaut. Ein anderer schlägt vor, dass Material vom Äquator des Schwarzen Lochs verbraucht wird, während Strahlung von seinen Polen ausgestoßen wird, wodurch die üblichen Einschränkungen umgangen werden.
Die unerwartete Kombination von Radio- und Röntgenemissionen
Was ID830 noch eigenartiger macht, ist die Tatsache, dass es gleichzeitig intensive Röntgen- und Radiowellen aussendet. Aktuelle Modelle sagen voraus, dass die Super-Eddington-Akkretion Radioemissionen unterdrücken sollte. Dieser Widerspruch legt nahe, dass die zugrunde liegende Physik der extremen Akkretion und Jet-Bildung nicht vollständig verstanden ist. Es wird angenommen, dass die Korona des Schwarzen Lochs – eine turbulente, milliardenschwere Teilchenwolke, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit umkreist – die Röntgenstrahlen erzeugt, während starke Magnetfelder die Radiostrahlen ausstoßen.
Implikationen für die SMBH-Bildung im frühen Universum
Die Existenz von ID830 stützt die Idee, dass SMBHs im Universum viel schneller und früher wuchsen als bisher angenommen. Das James-Webb-Weltraumteleskop hat bereits unerwartet massereiche Schwarze Löcher aus dieser Zeit entdeckt, und das Verhalten von ID830 hilft dabei, diese Beobachtungen mit theoretischen Modellen in Einklang zu bringen.
Eine führende Hypothese geht davon aus, dass die erste Generation von Sternen, bekannt als Sterne der Population III, kollabierte und massive „Samen“ von Schwarzen Löchern mit über 1.000 Sonnenmassen bildete. Selbst mit diesen Samen würde das Erreichen der beobachteten Größen ein längeres, schnelles Wachstum erfordern. Die Entdeckung von ID830 legt nahe, dass diese Perioden des Super-Eddington-Wachstums möglicherweise häufiger vorkamen, als Wissenschaftler dachten.
Die Verbreitung extremer Quasare
Vorläufige Daten deuten darauf hin, dass Quasare wie ID830 – solche, die das Eddington-Limit überschreiten und sowohl Radio- als auch Röntgenemissionen aufweisen können – im frühen Universum möglicherweise weitaus zahlreicher sind als vorhergesagt. Frühere Modelle schätzten, dass nur 10 % der Quasare über starke Radiojets verfügen, doch diese neue Forschung legt nahe, dass solche energiereichen Objekte deutlich häufiger vorkommen könnten, was unser Verständnis der Galaxienentwicklung verändern würde.
Das Verhalten von ID830 zeigt, dass das Universum immer noch Überraschungen bereithält. Seine Existenz zwingt uns, die Standardmodelle des Wachstums von Schwarzen Löchern und der frühen galaktischen Entwicklung zu überdenken, was darauf hindeutet, dass extreme Nahrungs- und Ausscheidungsphasen in seinen Anfängen ein gemeinsames Merkmal des Kosmos gewesen sein könnten.
