Astronomen entdecken ein neues astrophysikalisches Objekt: den Schwarzen-Loch-Stern

**Astronomen des MIT haben ein Objekt entdeckt, das Merkmale eines Sterns und eines Schwarzen Lochs kombiniert. Es strahlt 100 Milliarden Mal mehr Energie aus als jeder bekannte Stern, was die aktuellen astrophysikalischen Modelle herausfordert.

• Das Objekt, das MoM-BH-1 genannt wurde, wurde nur einige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall beobachtet.*
• Es enthält ein zentrales Schwarzes Loch mit der Masse von 100.000 Sonnen, umgeben von einer dichten Wasserstoffwolke.
• Dieser Fund könnte die mysteriösen 'kleinen roten Punkte' erklären, die in fast allen Bildern des James-Webb-Teleskops erscheinen.

Das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) hat einen extrem hellen roten Punkt im frühen Universum entdeckt.

Das Objekt ähnelt einem riesigen Stern, der so groß ist wie unser Sonnensystem, strahlt jedoch 100 Milliarden Mal mehr Energie aus, als physikalisch von einem bekannten Stern erzeugt werden kann.

Tatsächlich nähern sich solche Energien eher dem, was ein Schwarzes Loch erzeugen könnte.

Die kurvenreiche Kombination deutet darauf hin, dass der rote Punkt eine völlig neue Art von astrophysikalischer Quelle ist.

Die Astronomen bezeichnen es als einen "Schwarzen-Loch-Stern".

Die Entdeckung mit dem James-Webb-Teleskop

Das Astronomenteam des MIT und anderer Institutionen veröffentlichte seine Analyse in der Zeitschrift Nature.

Sie verwendeten das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA, um das Universum sehr früh zu beobachten, nur einige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall.

Der helle rote Punkt stach in den Bildern des tiefen Weltraums hervor.

Der Hauptautor, Rohan Naidu, Hubble-Stipendiat der NASA und Pappalardo am Kavli-Institut für Astrophysik und Weltraumforschung (MKI) des MIT, erklärte, dass das Bild des Objekts sich sehr schnell entwickelt.

Laut Naidu glauben sie, dass es ein zentrales Schwarzes Loch gibt, das 100.000 Mal massereicher ist als die Sonne.

Was ist ein Schwarzer-Loch-Stern?

Das Objekt ist wahrscheinlich eine extrem dichte Gaswolke, die nicht durch die Standardkernfusion angetrieben wird, sondern durch ein zentrales Schwarzes Loch.

Die Kombination aus einem Schwarzen Loch und einem Stern wurde bisher noch nie beobachtet.

Um das Schwarze Loch herum würde eine sehr ausgedehnte Gas-Hülle sein, die wie ein Stern in der Größe des Sonnensystems aussieht.

Naidu betonte, dass diese Hülle "enorm" ist.

Das akretierende Schwarze Loch, als Energiequelle, spielt die Rolle der Kernfusion, und das dichte umgebende Gas wirkt ähnlich wie eine Pseudo-Photosphäre.

Der Hinweis auf die kleinen roten Punkte

Wenn der helle rote Punkt tatsächlich ein Schwarzer-Loch-Stern ist, würde er helfen, die Identität anderer mysteriöser "kleiner roter Punkte" zu klären.

Diese Punkte sind in fast allen tiefen Weltraumbildern aufgetaucht, die das JWST bis heute aufgenommen hat.

Naidu stellte fest, dass diese kleinen roten Punkte im frühen Universum überall zu sein scheinen, aber im gegenwärtigen Zeitalter im Wesentlichen verschwinden.

Die Identität dieser Objekte war eines der am meisten diskutierten Themen der JWST-Ära.

Die Co-Autoren des MIT der Studie sind Robert Simcoe, Direktor des MKI und Professor für Physik, und Wendy Sun, zusammen mit Mitarbeitern von mehreren Institutionen.

Die Suche nach frühen Galaxien

Naidu und seine Kollegen hatten nicht die Absicht, einen Schwarzen-Loch-Stern zu finden.

Sie suchten nach den entferntesten und frühesten Galaxien im Rahmen einer Studie mit dem Titel "Fata Morgana oder Wunder" (MoM).

Das Team nutzte das JWST, um in den tiefen Weltraum zu blicken, als das Universum nur einige Hundert Millionen Jahre alt war.

Ihr Ziel war es, Galaxien zu finden, die tatsächlich in dieser frühen Zeit entstanden sind.

Naidu erklärte, dass es ein Rätsel um viele helle Galaxien gibt, die in extrem frühen Zeiten erscheinen.

Ein einzigartiger Fund

Während sie die Bilder des JWST durchgesehen haben, bemerkten sie einen sehr roten und sehr hellen Punkt, der sich von den anderen abhob.

Simcoe erklärte, dass, wenn man etwas sehr Rotes im Universum sieht, oft angenommen wird, dass es von Staub umgeben ist.

Verglichen wurde die Wirkung mit dem Rauch der Waldbrände in Kanada, der den Himmel in Boston leuchtend rot erscheinen ließ.

Astronomische Objekte können roter erscheinen als ihre intrinsische Farbe, wenn sie durch einen Schleier aus Staub betrachtet werden.

Allerdings stimmten andere Signaturen im Licht nicht mit dem überein, was Physiker vom Staub erwarten.

Die tiefere Balmer-Brechung

Das Team beobachtete ein weiteres seltsames Muster: Das Licht des Punktes war extrem hell, außer unter bestimmten Wellenlängen.

Das Licht verschwand vollständig in diesen Wellenlängen.

Dieser spektrale Abfall wird als "Balmer-Brechung" bezeichnet.

Traditionell wird er mit dichtem Gas in Verbindung gebracht, das Photonen in den Atmosphären von Sternen absorbiert, die einige Hundert Millionen Jahre alt sind.

Vega, einer der hellsten Sterne am Nachthimmel, zeigt genau dieses Muster.

Eine fast reine Zusammensetzung

Die beobachtete Brechung in diesem Objekt ist die tiefste, die jemals in einem Objekt beobachtet wurde.

Dies schließt "gewöhnliche" Sterne als Quelle aus, so Naidu.

Das Muster ließ das Team fragen, ob sie eine neue Art von "Sternatmosphäre" in spektakulärem Maßstab beobachten.

Darüber hinaus enthielt das Licht des roten Punktes fast keine Signatur von Metallen oder Elementen außer Wasserstoff und Helium.

Naidu erklärte, dass das Objekt "in vielerlei Hinsicht wirklich einzigartig" sei.

Simulationen zur Entschlüsselung des Rätsels

Um die Quelle des roten Punktes zu verstehen, führte das Team Simulationen verschiedener Szenarien durch.

Sie suchten nach der Kombination von astrophysikalischen Eigenschaften, die die charakteristische Farbe des roten Punktes erzeugen könnte.

Simcoe fragte sich, ob es möglich sei, etwas so Rotes nur mit Wasserstoff und ohne Staub zu erzeugen.

Die Überraschung war, dass dies möglich ist, wenn man eine extrem dichte Wasserstoffschicht hat.

Diese Dichte würde eher der Oberfläche eines riesigen Sterns als einer schwachen interstellaren Nebel ähneln.

Die unmögliche Energiequelle

Die Simulationen deuteten darauf hin, dass der rote Punkt eine mächtige Energiequelle sein könnte, die in einer extrem dichten Wasserstoffhülle eingehüllt ist.

Dies würde die Balmer-Brechung erklären, die das Licht blockiert, und das Fehlen anderer Elemente.

Allerdings erklärte es nicht die extreme Helligkeit des Objekts.

Naidu wies darauf hin, dass es etwas gibt, das ein bisschen wie ein Stern aussieht, aber 100 Milliarden Mal heller ist.

Diese Energie kann nicht durch Kernfusion gespeist werden, die Energiequelle im Herzen aller bekannten Sterne.

Schwarze Löcher als Antwort

Schwarze Löcher hingegen erzeugen routinemäßig Energie in den Skalen, die das Team beobachtete.

Naidu und seine Kollegen integrierten ein aktives, akretierendes schwarzes Loch in ihre Simulationen des Wasserstoffhüllensterns.

Sie variierten die Masse des schwarzen Lochs sowie andere Parameter.

Dann verglichen sie die resultierende Helligkeit des simulierten "schwarzen Lochsterns" mit der vom JWST beobachteten Helligkeit.

Die nächstgelegene Übereinstimmung führte das Team zu dem Schluss, dass das wahrscheinlichste Szenario ein schwarzer Lochstern ist.

Das erste Objekt seiner Art

Das Objekt enthält wahrscheinlich ein zentrales schwarzes Loch mit etwa 100.000 Mal der Masse der Sonne.

Dieser mächtige Kern ist von einer dichten Wasserstoffhülle umgeben, die einem Stern ähnelt und eine Größe hat, die mit dem Sonnensystem vergleichbar ist.

Das Team nannte das Objekt MoM-BH*-1, zu Ehren der Studie, die es entdeckte.

Der Spitzname "schwarzes Lochstern - eins" impliziert, dass es der erste von vielen ist.

Die Forscher vermuten, dass schwarze Lochsterne viele der anderen kleinen roten Punkte in den JWST-Bildern erklären könnten.

Die Bedeutung der roten Punkte

Jeder kleine rote Punkt ist konsistent damit, ein schwarzes Lochstern zu sein, das in einer generischen frühen Galaxie eingebettet ist, so Naidu.

Das Besondere an MoM-BH*-1 ist, dass der schwarze Lochstern im Wesentlichen heller ist als die umgebende Wirtsgalaxie.

Dies bedeutet, dass Astronomen "reines Licht von einem schwarzen Loch" sehen.

Die Entdeckung revolutioniert das Verständnis von kompakten Objekten im frühen Universum.

Die Forschung wurde vom Department of Physics des MIT, der NASA und dem Space Telescope Science Institute unterstützt.

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