Rätsel um „Little Red Dots“: Supercomputer beantwortet gleich zwei große Fragen

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Sunmyon Chon vom Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) hat nach eigenen Angaben das Rätsel um die „kleinen roten Punkte“ („Little Red Dots“) gelöst, das die Astronomie seit Jahren umtreibt. Die Gruppe kommt zum selben Schluss wie andere Forschungsgruppen und hat nun auch die Bestätigung eines Supercomputers. Ohne besondere Annahmen, fein abgestimmte Bedingungen oder künstliche Auslöser seien in der Simulation jene gigantischen Schwarzen Löcher entstanden, die sich dem Weltraumteleskop James Webb als lange rätselhafte rote Punkte zeigen. Wie die nach dem Urknall viel schneller wachsen konnten, als das heute möglich ist, hat das Forschungsteam nun herausgefunden.

Übersehener Effekt begünstigt Megawachstum

Als „Little Red Dots“ werden genau so aussehende Objekte bezeichnet, die auf Aufnahmen des Weltraumteleskops James Webb aus der Frühzeit des Universums auftauchten und deren Natur lange vollkommen unklar war. Zunächst wirkten die Objekte wie überraschend reife Galaxien in einem Universum, das dafür eigentlich zu jung ist. Zuletzt hatten aber die Indizien für jene Deutung die Oberhand gewonnen, laut der es sich um aktive Schwarze Löcher mit dichten Gashüllen handelt. Eine Forschungsgruppe hat sie vor wenigen Wochen als „Black Hole Star“ (BH*) bezeichnet, die Gruppe um Chon spricht jetzt von „Schwarze-Loch-Keimen“.

Dass diese Schwarzen Löcher direkt nach dem Urknall viel schneller wachsen können als später, „liegt in einem Effekt, der in kosmologischen Simulationen oft übersehen wurde“, erklärt das MPA jetzt: Intensive Strahlung im fernen Ultraviolettbereich (FUV) aus sternbildenden Galaxien unterdrücke die Entstehung von Sternen in nahegelegenen Gaswolken. Sie verhindert, dass diese sich abkühlen und in kleinere Sterne aufspalten können. Stattdessen kollabiere das Gas direkt in ein einziges, massereiches Objekt. Diese Schwarzen Löcher können dann in kürzester Zeit enorm zulegen, weil sie von dichten, opaken Gasscheiben umgeben sind. Nur deshalb könnten sie Materie mit Raten anhäufen, die um das Zehnfache über dem sogenannten Eddington-Limit liegen, dem eigentlichen theoretischen Maximum.

Die Phase, in der die frühen Schwarzen Löcher so viel schneller wachsen können, als später auch nur theoretisch möglich, dauerte demnach nur einige hunderttausend Jahre. Das reiche aber aus, dass ein solches Objekt nur 600 Millionen Jahre nach dem Urknall in vergleichsweise kurzer Zeit von einer Million auf 30 Millionen Sonnenmassen anwachsen kann. Damit können auf diesem Weg auch noch die unerwartet massereichen Schwarzen Löcher im späteren Universum erklärt werden, die das Weltraumteleskop James Webb ebenfalls seit Jahren entdeckt. Bislang war unklar, wie die in der viel zu kurzen Zeit auf ihre immense Größe angewachsen sein sollen.

„Diese Arbeit verbindet die ersten Sterne, die ersten Schwarzen Löcher und die ersten Galaxien miteinander“, fasst Mitautor Volker Springel vom MPA zusammen. „Wir haben gezeigt, dass die massereichsten Schwarzen Löcher des Universums kein Wunder brauchten – sie brauchten lediglich die richtigen Bedingungen“, ergänzt Chon. Und diese Bedingungen habe es im frühen Universum gegeben. Berechnet wurden die Simulationen für die Forschungsarbeit mit dem Supercomputer ATERUI III des National Astronomical Observatory of Japan. Es habe sich um die detaillierteste kosmologische Modellierung dieses Zeitraums der Geschichte des Kosmos gehandelt. Veröffentlicht wurde das Ergebnis jetzt im Wissenschaftsmagazin Nature.