Robert Klatt
Das Schwarze Loch LID-568 übertrifft die Eddington-Grenze, die die maximale Fressrate beschreibt, um mehr als das 40-fache. Die Entdeckung erklärt die „unmöglich“ hohen Wachstumsraten von Schwarzen Löchern im frühen Universum, die gegen gängige Theorien der Astronomie verstoßen.
Hilo (U.S.A.). Im frühen Universum gab es bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall Schwarze Löcher mit Millionen bis Milliarden Sonnenmassen. Die Masse der Schwarzer Löcher hat teilweise die sogenannte Eddington-Grenze, die beschreibt, wie viel Materie ein Schwarzes Loch maximal fressen kann, übertroffen. Bisher konnte die Astronomie noch nicht beantworten, wieso diese Schwarzen Löcher so schnell ihre Masse erreichen konnten.
Eine mögliche Erklärung dafür ist, dass die Schwarzen Löcher nicht durch stellare Schwarze Löcher, sondern durch den Kollaps von massereichen Gaswolken entstanden sind. Sie könnten somit unmittelbar nach ihrer Entstehung bereits eine Masse gehabt haben, die ein Wachstum ermöglicht, das so groß war, dass es nicht gegen die Eddington-Grenze verstößt. Alternativ könnten die massereichen Schwarzen Löcher im frühen Universum auch auf anomal hohe Wachstumsraten oder die Verschmelzung mehrerer Schwarzer Löcher zurückgehen.
Forscher des National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory (NOIRLab) haben nun einen Beweis dafür erbracht, dass frühe Schwarze Löcher die Eddington-Grenze überschritten haben und somit ihre enorme Masse erlangen konnten. Laut ihrer Publikation im Fachmagazin Nature Astronomy haben die Astronomen dies entdeckt, als sie Galaxienkerne im frühen Universum beobachtet haben, die im Röntgenlicht ungewöhnlich hell sind. Dabei haben sie mit dem James-Webb-Weltraumteleskop das Schwarze Loch LID-568 identifiziert.
„LID-568 ist im Röntgenbereich beispiellos hell, was auf ein höheres Maß an Akkretion hindeutet.“
Laut den Beobachtungen setzt das Schwarze Loch etwa 100-Mal mehr Röntgenstrahlung frei als die zuvor erfassten Galaxienkerne.
Anschließend Analysen des Schwarzen Lochs zeigen, dass dieses ungewöhnlich massereich ist. Obwohl die Heimatgalaxie „nur“ eine stellare Masse von rund 200 Millionen Sonnenmassen hat und damit eigentlich zu klein für ein Schwarzes Loch wie LID-568 ist, hat LID-568 rund sieben Millionen Sonnenmassen erreicht. Die Beobachtungen zeigen zudem, dass das ungewöhnliche Schwarze Loch einen starken Ausstrom von heißen Gasen hat. Gemeinsam zeigen diese Daten, dass LID-568 das bisher am schnellsten fressende Schwarze Loch im Weltraum ist.
„Die Akkretionsrate liegt um das rund 40-Fache über dem theoretischen Maximum des Eddington Limits. Das entspricht einer extremen Super-Eddington-Akkretion.“
Angesichts des signifikanten Verstoßes gegen die Eddington-Grenze konnte das Schwarze Loch in unter sieben Millionen Jahre von einem etwa 100 Sonnenmassen großen Keim seine Masse von etwa sieben Millionen Sonnenmassen erreichen. Dies belegt laut den Forschern, dass es im frühen Universum Super-Eddington-Akkretion gab.
„Unserer Entdeckung zufolge konnte ein Schwarzes Loch durch nur eine Episode eines solchen schnellen Fressens damals einen signifikanten Wachstumsschub erleben. LID-568 könnte eine solche episodische Akkretionsphase repräsentieren.“
Die Entdeckung des Schwarzen Lochs LID-568 erklärt somit auch, wieso im frühen Universum einige Schwarze Löcher ihre Masse so schnell erreichen konnten.
„Die Entdeckung enthüllt einen fehlenden Schlüsselfaktor und liefert neue Einblicke in die Wachstumsmechanismen früher Schwarzer Löcher.“
In kommenden Studien möchten die Astronomen noch weiteren Schwarzen Löchern mit einer Wachstumsrate oberhalb der Eddington-Grenze suchen. Dies soll dabei helfen, abschätzen zu können, wie oft es im frühen Universum bei Schwarzen Löchern zu Phasen mit einem unmöglichen Wachstum gekommen ist.
Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-024-02402-9
