Rätselhaftes Objekt aus dem frühen Universum

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Astrophysikern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat mit dem James-Webb-Weltraumteleskop ein außergewöhnlich helles, rötliches Objekt aus der Frühzeit des Universums entdeckt. Die Eigenschaften von MoM-BH*-1 könnten auf eine bislang unbekannte Klasse sogenannter „Black Hole Stars“ hinweisen.

MoM-BH*-1 war bereits wenige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall sichtbar – in einer Epoche, in der sich die ersten Galaxien entwickelten. In den Aufnahmen erscheint die Quelle lediglich als kleiner roter Punkt. Ihr Spektrum und ihre enorme Leuchtkraft lassen sich jedoch nicht mit einem gewöhnlichen Stern erklären.

Nach Angaben des Forschungsteams gibt das Objekt etwa 100 Milliarden Mal mehr Energie ab, als es bei einem normalen Stern vergleichbarer Größe zu erwarten wäre. Seine Ausdehnung könnte ungefähr der Größenordnung unseres Sonnensystems entsprechen.

Die Energieproduktion durch Kernfusion reicht nicht aus, um eine derart hohe Helligkeit zu erklären. Wahrscheinlicher ist den Berechnungen zufolge, dass Materie in ein zentrales Schwarzes Loch fällt, sich dabei stark erhitzt und große Mengen Strahlung freisetzt.

Schwarzes Loch in einer Wasserstoffhülle

Die Forschenden bezeichnen das mögliche System als „Black Hole Star“. Von außen ähnelt es einem Stern, doch seine Energie stammt nicht hauptsächlich aus Kernfusion. Stattdessen befindet sich vermutlich ein aktiv Materie aufnehmendes Schwarzes Loch im Zentrum.

Simulationen zufolge könnte dieses Schwarze Loch eine Masse von rund 100.000 Sonnenmassen besitzen. Es wäre von einer sehr dichten und ausgedehnten Wasserstoffhülle umgeben, deren Durchmesser etwa dem unseres Sonnensystems entsprechen könnte.

Diese Hülle wirkt wie eine Sternatmosphäre und verändert das Licht, das aus dem Inneren entweicht. Dadurch könnte das Objekt seine auffällige rote Farbe erhalten, ohne dass dafür große Mengen kosmischen Staubs notwendig wären.

Tiefer Balmer-Sprung liefert entscheidenden Hinweis

Eine zentrale Rolle bei der Einordnung spielt der sogenannte Balmer-Sprung. Dabei handelt es sich um einen markanten Übergang im Spektrum, der entsteht, wenn Wasserstoff bestimmte Wellenlängen des Lichts besonders stark absorbiert.

Bei MoM-BH*-1 ist dieser spektrale Abbruch ungewöhnlich tief. Den Forschenden zufolge handelt es sich um den stärksten Balmer-Sprung unter den untersuchten Objekten. Gewöhnliche Sterne kommen daher als alleinige Quelle der Strahlung kaum infrage.

Zudem enthält das Spektrum nahezu keine Hinweise auf schwerere chemische Elemente. Sichtbar sind vor allem Wasserstoff und Helium. Eine solche Zusammensetzung passt grundsätzlich zum jungen Universum, in dem viele schwerere Elemente erst durch spätere Sternengenerationen entstehen mussten.

Entscheidend ist die Kombination mehrerer Merkmale: die intensive rote Farbe ohne typische Staubsignaturen, der ausgeprägte Balmer-Sprung, das Fehlen erkennbarer Metalllinien und die außergewöhnliche Leuchtkraft.

Simulationen stützen das neue Modell

Um die Beobachtungen zu erklären, testete das Team verschiedene physikalische Szenarien. Dabei wurden unter anderem die Masse des zentralen Schwarzen Lochs, die Dichte des umgebenden Wasserstoffs und die Größe der Hülle variiert.

Am besten passte ein Modell, bei dem ein Schwarzes Loch von etwa 100.000 Sonnenmassen in eine dichte Wasserstoffhülle eingebettet ist. Die Hülle filtert das Licht und erzeugt die beobachteten spektralen Eigenschaften, während die Akkretion von Materie auf das Schwarze Loch die enorme Energie liefert.

Mögliche Erklärung für die „Little Red Dots“

Der Name MoM-BH*-1 leitet sich vom Beobachtungsprogramm ab, in dessen Daten das Objekt identifiziert wurde. Der Zusatz „BH*-1“ steht für „Black Hole Star One“ und deutet darauf hin, dass es sich um das erste bekannte Beispiel einer möglichen neuen Objektklasse handeln könnte.

Die Entdeckung könnte zugleich zur Erklärung der sogenannten „Little Red Dots“ beitragen. Diese kleinen roten Lichtquellen erscheinen in zahlreichen tiefen Aufnahmen des James-Webb-Weltraumteleskops. Sie sind vor allem im frühen Universum verbreitet und später weitgehend verschwunden.

Ein Teil dieser Quellen könnte aus ähnlichen Systemen bestehen: einem aktiven Schwarzen Loch, einer dichten Gashülle und einer jungen Wirtsgalaxie. MoM-BH*-1 ist besonders auffällig, weil sein Kern die umgebende Galaxie nahezu vollständig überstrahlt. Dadurch lässt sich sein Spektrum vergleichsweise deutlich untersuchen.

Weitere Beobachtungen sollen Theorie überprüfen

Noch ist nicht abschließend geklärt, ob MoM-BH*-1 tatsächlich eine neue Klasse astronomischer Objekte repräsentiert. Weitere Messungen mit dem James-Webb-Weltraumteleskop müssen zeigen, ob vergleichbare Quellen dieselben spektralen Merkmale besitzen.

Sollte sich das Modell bestätigen, könnten „Black Hole Stars“ wichtige Hinweise darauf liefern, wie massereiche Schwarze Löcher bereits kurz nach dem Urknall entstanden. Die Entdeckung würde damit nicht nur das Rätsel der „Little Red Dots“ erhellen, sondern auch das Verständnis der ersten Galaxien und ihrer zentralen Schwarzen Löcher deutlich erweitern.

Wilbert Stumpf

Wilbert Stumpf schreibt für Presseraum.at über Politik, Wirtschaft, Technologie, Sport, Unterhaltung und Lifestyle. Er legt Wert auf klare Berichterstattung, aktuelle Entwicklungen und relevante Geschichten, die Leserinnen und Leser verständlich und zuverlässig informieren.