Webb entdeckt das bisher am weitesten entfernte aktive supermassereiche Schwarze Loch

Originalveröffentlichung am 06.07.2023 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases

Zusammenfassung: Mit Webb wurden auch eine Reihe anderer entfernter Schwarzer Löcher und früher Galaxien zum ersten Mal sichtbar

Es ist eine Goldgrube! Im Universum wimmelt es regelrecht von Schwarzen Löchern. Forscher wissen das schon lange, aber die weniger massereichen Schwarzen Löcher, die im frühen Universum existierten, waren zu schwach, um aufgespürt zu werden – bis das James-Webb-Weltraumteleskop begann, Beobachtungen zu machen. Die Forscher des Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey gehören zu den ersten, die damit begonnen haben, diese hellen, extrem weit entfernten Objekte aus den extrem detaillierten Bildern und Daten von Webb herauszufiltern.

Der erste Schritt: Das am weitesten entfernte aktive supermassereiche Schwarze Loch, das je gefunden wurde – etwas mehr als 570 Millionen Jahre nach dem Urknall (CEERS 1019). Es ist eher klein und ähnelt mehr der Masse des super-massereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße als den extrem großen „Monstern“, die wir mit anderen Teleskopen gesehen haben. Die CEERS-Forscher entdeckten außerdem zwei weitere kleine Schwarze Löcher im frühen Universum (CEERS 2782 und CEERS 746) sowie fast ein Dutzend extrem weit entfernter Galaxien (CEERS 24, CEERS 23 und CEERS 3). Diese ersten Ergebnisse deuten darauf hin, daß weniger massereiche Schwarze Löcher und Galaxien im frühen Universum weiter verbreitet gewesen sein könnten als bisher angenommen.

Forscher haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop das bisher am weitesten entfernte aktive supermassereiche Schwarze Loch entdeckt. Die Galaxie CEERS 1019 existierte etwas mehr als 570 Millionen Jahre nach dem Urknall, und ihr Schwarzes Loch ist weniger massereich als alle anderen, die bisher im frühen Universum identifiziert wurden. Darüber hinaus wurden zwei weitere Schwarze Löcher gefunden, die ebenfalls kleiner sind und 1 und 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierten. Webb identifizierte auch elf Galaxien, die existierten, als das Universum 470 bis 675 Millionen Jahre alt war. Die Beweise wurden von Webb’s Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey unter der Leitung von Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin geliefert. Das Programm kombiniert die extrem detaillierten Nah- und Mittelinfrarot-Bilder von Webb mit Daten, die als Spektren bekannt sind und für diese Entdeckungen verwendet wurden.

CEERS 1019 ist nicht nur deshalb bemerkenswert, weil es schon so lange existiert, sondern auch, weil sein Schwarzes Loch relativ wenig wiegt. Dieses Schwarze Loch wiegt ungefähr 9 Millionen Sonnenmassen, weit weniger als andere Schwarze Löcher, die ebenfalls im frühen Universum existierten und von anderen Teleskopen entdeckt wurden. Diese Ungetüme enthalten in der Regel mehr als das 1-Milliardenfache der Sonnenmasse – und sie sind leichter zu entdecken, weil sie viel heller sind. (Sie „fressen“ lebhaft Materie, die aufleuchtet, wenn sie auf das Schwarze Loch zustürzt). Das Schwarze Loch in CEERS 1019 ähnelt eher dem Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis, das 4,6 Millionen Mal so schwer ist wie die Sonne. Dieses Schwarze Loch ist auch nicht so hell wie die massereicheren Kolosse, die bisher entdeckt wurden. Obwohl es kleiner ist, existierte dieses Schwarze Loch schon so früh, daß es immer noch schwierig ist zu erklären, wie es so kurz nach dem Beginn des Universums entstanden ist. Forscher wissen seit langem, daß kleinere Schwarze Löcher schon früher im Universum existiert haben müssen, aber erst seit Webb mit seinen Beobachtungen begonnen hat, konnten sie diese definitiv nachweisen. (CEERS 1019 wird diesen Rekord möglicherweise nur für einige Wochen halten – Behauptungen über andere, weiter entfernte Schwarze Löcher, die von Webb entdeckt wurden, werden derzeit von der astronomischen Gemeinschaft sorgfältig geprüft).

Webb’s Daten quellen geradezu vor präzisen Informationen über, so daß sich diese Bestätigungen leicht aus den Daten herausziehen lassen. „Die Betrachtung dieses weit entfernten Objekts mit diesem Teleskop ist vergleichbar mit der Betrachtung von Daten Schwarzer Löcher, die in Galaxien nahe unserer eigenen existieren“, sagte Rebecca Larson von der University of Texas in Austin, die diese Entdeckung leitete. „Es gibt so viele Spektrallinien auszuwerten!“ Das Team konnte nicht nur herausfinden, welche Emissionen im Spektrum vom Schwarzen Loch und welche von seiner Heimat-galaxie stammen, sondern auch, wie viel Gas das Schwarze Loch in sich aufnimmt und wie hoch die Sternentstehungsrate der Galaxie ist.

Das Team fand heraus, daß diese Galaxie so viel Gas aufnimmt, wie sie kann, und gleichzeitig neue Sterne wie am Fließ-band produziert. Sie untersuchten die Bilder, um herauszufinden, warum das so sein könnte. Optisch erscheint CEERS 1019 in Form von drei hellen Klumpen, nicht als eine einzige kreisförmige Scheibe. „Wir sind es nicht gewohnt, so viel Struktur auf Bildern bei diesen Entfernungen zu sehen“, sagt Jeyhan Kartaltepe vom Rochester Institute of Technology in New York, Mitglied des CEERS-Teams. „Eine Galaxienverschmelzung könnte teilweise dafür verantwortlich sein, die Aktivität im Schwarzen Loch dieser Galaxie anzutreiben, und das könnte auch zu einer verstärkten Sternbildung führen.“

Weitere extrem weit entfernte Schwarze Löcher und Galaxien im Visier

Die CEERS-Durchmusterung ist sehr umfangreich, und es gibt noch viel mehr zu entdecken. Teammitglied Dale Kocevski vom Colby College in Waterville, Maine, und das Team entdeckten schnell ein weiteres Paar kleiner Schwarzer Löcher in den Daten. Das erste, in der Galaxie CEERS 2782, war am einfachsten zu erkennen. Da kein Staub die Sicht von Webb verdeckt, konnten die Forscher sofort feststellen, wann das Schwarze Loch in der Geschichte des Universums existierte – nur 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall. Das zweite Schwarze Loch, das sich in der Galaxie CEERS 746 befindet, existierte schon etwas früher, nämlich 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall. Seine helle Akkretionsscheibe, ein Ring aus Gas und Staub, der das supermassereiche Schwarze Loch umgibt, ist noch teilweise mit Staub bedeckt. „Das zentrale Schwarze Loch ist sichtbar, aber das Vorhandensein von Staub deutet darauf hin, daß es sich in einer Galaxie befinden könnte, die ebenfalls fleißig Sterne produziert“, erklärt Kocevski.

Wie das in CEERS 1019 sind auch diese beiden Schwarzen Löcher „Leichtgewichte“ – zumindest im Vergleich zu bisher bekannten supermassereichen Schwarzen Löchern in diesen Entfernungen. Sie sind nur etwa 10 Millionen Mal so schwer wie die Sonne. „Forscher wissen schon lange, daß es im frühen Universum Schwarze Löcher mit geringerer Masse geben muss. Webb ist das erste Observatorium, das diese so klar erfassen kann“, so Kocevski weiter. „Jetzt denken wir, daß es überall Schwarze Löcher mit geringerer Masse geben könnte, die nur darauf warten, entdeckt zu werden.“ Vor Webb waren alle drei Schwarzen Löcher zu lichtschwach, um aufgespürt zu werden. „Mit anderen Teleskopen sehen diese Ziele wie gewöhnliche sternbildende Galaxien aus, aber nicht wie lebhafte supermassereiche Schwarze Löcher“, fügt Finkelstein hinzu.

Die empfindlichen Spektren von Webb ermöglichten es den Forschern auch, die genauen Entfernungen und damit das Alter von Galaxien im frühen Universum zu messen. Die Teammitglieder Pablo Arrabal Haro vom NOIRLab der NSF und Seiji Fujimoto von der University of Texas in Austin identifizierten 11 Galaxien, die 470 bis 675 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten. Sie sind nicht nur extrem weit entfernt, auch die Tatsache, daß so viele helle Galaxien entdeckt wurden, ist bemerkenswert. Die Forscher gingen davon aus, daß Webb weniger Galaxien entdecken würde, als in diesen Entfernungen tatsächlich zu finden sind. „Ich bin überwältigt von der Menge an hochdetaillierten Spektren von weit entfernten Galaxien, die Webb geliefert hat“, sagte Arrabal Haro. „Diese Daten sind absolut unglaublich.“

Diese Galaxien bilden schnell Sterne, sind aber noch nicht chemisch so angereichert wie Galaxien, die viel näher an unserem Zuhause sind. „Webb war der erste, der einige dieser Galaxien entdeckt hat“, erklärte Fujimoto. „Diese Galaxien und andere weit entfernte Galaxien, die wir in Zukunft identifizieren werden, könnten unser Verständnis von Sternent-stehung und Galaxienentwicklung im Laufe der kosmischen Geschichte verändern“, fügte er hinzu.

Dies sind nur die ersten bahnbrechenden Erkenntnisse aus der CEERS-Untersuchung. „Bislang war die Forschung über Objekte im frühen Universum weitgehend theoretisch“, so Finkelstein. „Mit Webb können wir nicht nur Schwarze Löcher und Galaxien in extremen Entfernungen sehen, sondern wir können sie jetzt auch genau vermessen. Das ist die enorme Leistung dieses Teleskops.“ In Zukunft könnten die Daten von Webb auch dazu verwendet werden, die Entstehung früher Schwarzer Löcher zu erklären und die Modelle der Forscher über das Wachstum und die Entwicklung Schwarzer Löcher in den ersten paar hundert Millionen Jahren der Geschichte des Universums zu revidieren.

Mehrere Artikel über Daten der CEERS-Durchmusterung wurden von The Astrophysical Journal Letters angenommen:

„A CEERS Discovery of an Accreting Supermassive Black Hole 570 Myr after the Big Bang: Identifying a Progenitor of Massive z > 6 Quasars„, unter der Leitung von Larson

„Hidden Little Monsters: Spectroscopic Identification of Low-Mass, Broad-Line AGN at z > 5 with CEERS“ unter der Leitung von Kocevski

„Spectroscopic confirmation of CEERS NIRCam-selected galaxies at z ≃ 8-10“ unter der Leitung von Arrabal Haro und

„CEERS Spectroscopic Confirmation of NIRCam-Selected z ≳ 8 Galaxy Candidates with JWST/NIRSpec: Initial Characterization of their Properties„, unter der Leitung von Fujimoto.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraum-organisation).

Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey (NIRCam Ansicht)

Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey – Ausschnittsvergrößerung (NIRCam Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): CEERS Survey, Extended Groth Strip
• Objektbeschreibung: Deep field survey
• Rektaszension: 14:19:46
• Deklination: +52:53:37
• Sternbild: Boötes
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 23 Bogenminuten
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F115W, F150W, F200W, F277W, F356W, F444W
• Bild
• Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F115W + F150W Grün: F200W + F277W Rot: F356W + F444W

Über das Bild: Schauen Sie sich diese riesige Landschaft genau an. Sie wurde aus mehreren Bildern zusammengesetzt, die das James-Webb-Weltraumteleskop im nahen Infrarotlicht aufgenommen hat – und sie pulsiert praktisch vor Aktivität.

Rechts von der Mitte befindet sich eine Ansammlung heller weißer Spiralgalaxien, die sich ineinander zu drehen scheinen. Überall in der Szene sind hellrosa Spiralen zu sehen, die wie sich im Wind drehende Windrädchen aussehen. Die hellen, blau abgesetzten Sterne im Vordergrund kündigen sich durch die markanten achtzackigen Beugungsspitzen von Webb an. Verpas-sen Sie nicht einen unkonventionellen Anblick: Suchen Sie in der unteren Reihe das zweite Quadrat von ganz rechts. Am rechten Rand befindet sich eine unförmige blaue Galaxie, die mit blaurosa funkelnden Sternhaufen ausgestattet ist.

Dieser Panoramablick, der als Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) bekannt ist, bietet so viele Details, die es zu entdecken gilt. Die Galaxien, die den Forschern als erstes ins Auge fielen, sind solche, die noch auf keinem anderen Bild zu sehen waren – Webb war der erste, der sie entdeckte.

Um sie zu finden, müssen Sie die kleinsten, rötlichsten Punkte suchen, die in dieser Durchmusterung verteilt sind. Das Licht einiger von ihnen ist mehr als 13 Milliarden Jahre gereist, um das Teleskop zu erreichen. Das Team nahm anschließend mit Webb Spektren auf, die zur Entdeckung des am weitesten entfernten aktiven supermassereichen Schwarzen Lochs führten, das derzeit bekannt ist, sowie von zwei weiteren extrem weit entfernten aktiven supermasse-reichen Schwarzen Löchern, die bereits existierten, als das Universum erst eine Milliarde Jahre alt war. Die zusätzlichen Studien bestätigten auch, daß elf Galaxien existierten, als das Universum erst ein Alter von nur 470 bis 675 Millionen Jahren besaß.

Wollen Sie noch einmal beeindruckt werden? Webb verbrachte weniger als eine Stunde mit der Aufnahme jedes einzelnen Bildes in diesem Feld. Zusammengenommen zeigen sie etwa 100.000 Galaxien.

Die CEERS-Durchmusterung hat den Forschern bereits bewiesen, daß Webb uns helfen wird, unglaublich viel über das frühe Universum zu lernen. „Galaxien treten früher und in größerer Zahl auf, als wir in unseren Vorhersagen erwartet hatten“, sagte der Leiter des Programms, Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin. „Es gibt so viele neue Rätsel zu erforschen.“

Dieses Feld ist eine der ersten Beobachtungen von Webb, weshalb wir noch so wenig darüber wissen.

Schwarze Löcher existierten 570 Millionen Jahre nach dem Urknall (NIRSpec MSA Emissionsspektrum)

Über das Bild: Forscher haben im Rahmen der CEERS-Durchmusterung (Cosmic Evolution Early Release Science) des James-Webb-Weltraumteleskops das bisher am weitesten entfernte aktive supermassereiche Schwarze Loch identifiziert. Das Schwarze Loch, das sich in der Galaxie CEERS 1019 befindet, existierte etwas mehr als 570 Millionen Jahre nach dem Urknall und wiegt nur 9 Millionen Sonnenmassen. Zum Vergleich: Das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milch-straße hat die 4,6 Millionenfache Masse der Sonne, und andere sehr weit entfernte supermassereiche Schwarze Löcher, von denen wir seit Jahrzehnten wissen, wiegen mehr als 1 Milliarde Sonnenmassen. (CEERS 1019 wird diesen Rekord möglicherweise nur für ein paar Wochen halten – Behauptungen über andere, weiter entfernte Schwarze Löcher, die von Webb identifiziert wurden, werden derzeit von der astronomischen Gemeinschaft sorgfältig geprüft).

Obwohl CEERS 1019 klein ist, ist er sehr gefräßig und verzehrt Gas, Staub und Sterne mit der höchsten theoretisch möglichen Rate für seine Größe. Das Spektrum von Webb zeigt, daß er sich voll und ganz auf seine „Mahlzeit“ konzentriert.

Sind Sie bereit, die Daten zu untersuchen? Suchen Sie die weiße Spitze kurz hinter 4,7 Mikrometer. Sie repräsentiert Wasserstoff. Die Daten von Webb wurden an zwei Modelle angepaßt, da mehr als eine Quelle für die Form der Daten verantwortlich ist. Das breite Modell am unteren Rand, das in Gelb dargestellt ist, paßt zu schnellerem Gas, das in der aktiven Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs wirbelt. Das violette Modell mit einem hohen Peak paßt zu langsamerem Gas in der Galaxie – dies ist die Emission von Sternen, die sich lebhaft bilden.

Die Breite der von Webb entdeckten Sauerstoffmengen, die in dieser Graphik nicht dargestellt sind, deutet darauf hin, daß die Sterne in der umgebenden Galaxie typische Geschwindigkeiten für eine massereiche Galaxie haben. Das Team bestätigte auch weitere Nachweise von Wasserstoff, der zuerst von Forschern mit den Weltraumteleskopen Hubble und Spitzer gefunden wurde und auch in Daten des W. M. Keck-Observatoriums identifiziert worden war. Die Daten von Webb sind so eindeutig, daß sie das Vorhandensein des Schwarzen Lochs bestätigen konnten. Die Daten können auch beweisen, daß das Schwarze Loch viel Licht aussendet – und daß sich Gas um das Schwarze Loch bewegt.

Was Larson am meisten schätzt, ist die unglaubliche Konsistenz der Daten von Webb. „Wir haben Daten über dieses Objekt von allen vier Instrumenten des Teleskops und alle Informationen erzählen die gleiche Geschichte – daß ein junges, massearmes Schwarzes Loch vorhanden ist“, erklärt sie.

Dieses Ergebnis ist auch deshalb spannend, weil bald weitere Entdeckungen gemeldet werden könnten. „Die Entdeckung kleinerer aktiver supermassereicher Schwarzer Löcher in der Frühzeit des Universums könnte mit diesem Teleskop etwas häufiger vorkommen, als wir erwartet haben“, sagte Rebecca Larson von der University of Texas in Austin, die diese Entdeckung leitete.

Webb’s Mikroverschluß-Anordnung, die bei NIRSpec (seinem Nahinfrarot-Spektrographen) eingebaut ist, ermöglichte die oben wiedergegebenen, sehr detaillierten Spektren.

NIRSpec wurde für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) von einem Konsortium europäischer Unternehmen unter der Leitung von Airbus Defence and Space (ADS) gebaut, wobei das Goddard Space Flight Center der NASA die Detektor- und Mikroverschlußsubsysteme lieferte.

Zwei extrem weit entfernte aktive supermassereiche Schwarze Löcher (NIRSpec MSA Emissionsspektren)

Über das Bild: Forscher, die Daten und Bilder vom James-Webb-Weltraumteleskop nutzen, haben bereits zwei der kleinsten bekannten supermassereichen Schwarzen Löcher im frühen Universum aufgespürt.

Webb’s Spektren zeigen, daß diese Schwarzen Löcher nur die 10-Millionenfache Masse der Sonne besitzen. Andere sehr weit entfernte supermassereiche Schwarze Löcher, von denen wir seit Jahrzehnten wissen, sind mehr als eine Milliarde Mal so schwer wie die Sonne. Diese beiden Löcher sind so klein, daß sie eher der Größe von Sagittarius A* entsprechen, dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxis, das die 4,6 Millionenfache Masse der Sonne aufweist. „Forscher wissen seit langem, daß es im frühen Universum Schwarze Löcher mit geringerer Masse geben muß“, erklärt Dale Kocevski vom Colby College in Waterville, Maine, der diese Forschung im Rahmen des Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey leitete. „Aber Webb ist das erste Observatorium, das sie so klar erfaßt hat.“

Unverwechselbare Merkmale der Entfernungen zu ihren Wirtsgalaxien sind in jedem Spektrum oben zu sehen: Drei Linien erscheinen in der gleichen Reihenfolge – eine Wasserstofflinie, gefolgt von zwei Linien des ionisierten Sauerstoffs. Wo dieses Muster sich befindet, verrät die Rotverschiebung der beiden Ziele und zeigt den Forschern, vor wie langer Zeit ihr Licht emittiert wurde.

Das erste Spektrum beweist, daß das Schwarze Loch CEERS 2782 nur 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte und sein Licht vor 12,7 Milliarden Jahren aussandte. Die Daten von Webb zeigen auch, daß es frei von Staub ist. Das zweite, CEERS 746, existierte etwas früher, 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall, aber seine helle Akkretionsscheibe ist noch teilweise von Staub getrübt. „Das zentrale Schwarze Loch ist sichtbar, aber das Vorhandensein von Staub deutet darauf hin, daß es sich in einer Galaxie befinden könnte, die fleißig Sterne produziert“, fügt Kocevski hinzu.

Die Forscher fanden dieses Paar extrem weit entfernter Schwarzer Löcher bei der sorgfältigen Durchsicht von Bildern der CEERS-Durchmusterung – und folgten dem weiter, um deren genaue Zusammensetzung mit Webb’s Mikroverschluß-Anordnung, die bei NIRSpec (seinem Nahinfrarot-Spektrographen) eingebaut ist, zu erfahren, und das die oben gezeigten endgültigen Spektren erzeugte. Webb war sofort in der Lage, einige der am weitesten entfernten Schwarzen Löcher, die bisher bekannt sind, im Detail zu erkennen, was bereits ein großes neues Forschungsgebiet eröffnet hat.

Diese Schwarzen Löcher existierten gegen Ende der Ära der Reionisation, als das Universum in einen dichten „Nebel“ gehüllt war. Mit seinen Infrarotbeobachtungen kann Webb viel Licht von Objekten einfangen, die während dieser Zeit existierten. Deshalb sind die Forscher so gespannt auf die weitere Auswertung der CEERS-Daten. „Wir wissen noch nicht, wie die frühesten Schwarzen Löcher im Universum entstanden sind“, sagt Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin, der dieses Programm leitet. „Mit Webb können wir nun beginnen, systematisch nach ihnen zu suchen und dieses Geheimnis zu lüften.“

NIRSpec wurde für die Europäische Weltraumorganisation (ESA) von einem Konsortium europäischer Unternehmen unter der Leitung von Airbus Defence and Space (ADS) gebaut, wobei das Goddard Space Flight Center der NASA die Detektor- und Mikroverschlußsubsysteme lieferte.

Eine Reihe von extrem weit entfernten Galaxien (NIRSpec MSA Emissionsspektren)

Über das Bild: Ein Team, das die Daten des Webb Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey untersucht, hat bereits sieben Galaxien identifiziert, die existierten, als das Universum nur 540 bis 660 Millionen Jahre alt war. Einige der Beweise sind oben abgebildet: Drei Linien erscheinen in der gleichen Reihenfolge – eine Wasserstofflinie gefolgt von zwei Linien des ionisierten Sauerstoffs in jedem Spektrum. Die Lage dieses Musters gibt Aufschluß über die Rotver-schiebung der einzelnen Galaxien und zeigt den Forschern, vor wie langer Zeit ihr Licht ausgestrahlt wurde. CEERS 24 und CEERS 23 haben ihr Licht vor 13,3 Milliarden Jahren, CEERS 3 vor 13,2 Milliarden Jahren ausgestrahlt.

Webb war nicht nur das erste Teleskop, das Bilder dieser Galaxien lieferte, sondern auch die präzisen, sehr detaillierten Daten, die als Spektren bekannt sind und ihre Zusammensetzung offenbaren. „Einige der Galaxien wurden in früheren Deep-Field-Aufnahmen, wie etwa den bahnbrechenden Bildern des Hubble-Weltraumteleskops, nicht entdeckt“, erklärte Seiji Fujimoto, der CEERS-Forscher, der diese Entdeckungen leitete und an der University of Texas in Austin tätig ist. „Zusammen mit anderen weit entfernten Galaxien, die wir in Zukunft identifizieren werden, könnte diese Gruppe unser Verständnis von Sternentstehung und Galaxienentwicklung im Laufe der kosmischen Geschichte verändern.“

Die Forscher haben schon seit langem mit diesen Entdeckungen gerechnet, aber bis zur Inbetriebnahme von Webb ver-fügten sie nicht über ausreichend empfindliche weltraumgestützte Infrarot-Instrumente, um extrem weit entfernte Galaxien zu erfassen, die auf den Bildern von Webb als winzige rote Punkte erscheinen. „Es ist sehr aufregend, endlich damit zu beginnen, die genauen Entfernungen dieser Galaxien mit Webb zu bestimmen“, sagte Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin, der das CEERS-Programm leitet.

Was steht als Nächstes für das Team an? „Wir werden damit beginnen, diese Galaxien, die viel schwächer sind als alle anderen, die wir bisher entdeckt haben, im Detail zu charakterisieren“, so Fujimoto weiter. „Es gibt noch viel zu erforschen mit diesen Daten, und wir werden mit Sicherheit auf weitere Überraschungen stoßen.“

Aktive supermassereiche Schwarze Löcher im Laufe der kosmischen Zeit

Über das Bild: Diese Graphik zeigt die Entdeckungen der am weitesten entfernten aktiven supermassereichen Schwarzen Löcher, die derzeit im Universum bekannt sind. Sie wurden von einer Reihe von Teleskopen sowohl im Weltraum als auch am Boden identifiziert. Drei davon wurden kürzlich im Rahmen der CEERS-Durchmusterung (Cosmic Evolution Early Release Science) des James-Webb-Weltraumteleskops entdeckt.

Das am weitesten entfernte Schwarze Loch ist CEERS 1019, das etwas mehr als 570 Millionen Jahre nach dem Urknall entstand. CEERS 746 fand sich in einer Zeit von 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall. Den dritten Platz belegt derzeit CEERS 2782, das 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte.

Zu wissen, daß sie existierten, ist wichtig, aber ein genaueres Verständnis ihrer Zusammensetzung könnte uns letztlich dazu bringen, unser Wissen über Schwarze Löcher zu revidieren, die existierten, als das Universum noch sehr jung war. Die neuen Schwarzen Löcher in CEERS sind viel kleiner als alle anderen, die Forscher bisher entdeckt haben. CEERS 1019 wiegt nur 9 Millionen Sonnenmassen. CEERS 746 und CEERS 2782 sind beide etwas größer und wiegen das 10-Millionenfache der Masse der Sonne. Alle drei ähneln eher der Masse des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxis, das nur das 4,6-Millionenfache der Sonnenmasse hat, als anderen fernen Riesen im frühen Universum, von denen wir bisher wußten, daß sie in der Regel mehr als das 1-Milliardenfache der Sonnenmasse wiegen.

Die „Leichtgewichte“ von CEERS könnten dazu beitragen, unser Verständnis darüber, wie sich supermassereiche Schwarze Löcher in den ersten Milliarden Jahren des Universums bildeten und wuchsen, völlig neu zu gestalten. Dies ist von entscheidender Bedeutung, da das Universum während dieses Zeitraums, der als Ära der Reionisation bekannt ist, in einen dichten „Nebel“ gehüllt war. Wie haben sich diese Schwarzen Löcher überhaupt gebildet? Haben diese Schwarzen Löcher nach ihrer Entstehung dazu beigetragen, die Gasteilchen aufzuladen bzw. zu ionisieren, was zu transparenteren Bedingungen um ihre Heimatgalaxien herum führte?

Die Forscher müssen sicherlich noch viele weitere extrem weit entfernte Schwarze Löcher identifizieren und klassifizieren, um diese großen Fragen beantworten zu können. Das könnten nur ein Dutzend Quellen sein, wenn sie alle dem gleichen Trend folgen, aber auch mehr als 50. In den kommenden Jahren werden die hochgenauen Bilder und Daten von Webb den Astronomen dabei helfen, immer größere Stichproben der Massen von Schwarzen Löchern im Laufe der kosmischen Zeit zu erstellen und die Entwicklung dieser Löcher über Milliarden von Jahren besser zu modellieren. „Je mehr Schwarze Löcher wir finden und je früher wir sie finden, desto einfacher wird es sein, ihre Entstehung und Entwicklung über Milliarden von Jahren einzuschränken „, erklärt Steven Finkelstein von der University of Texas in Austin, der die CEERS-Durchmusterung leitet.

Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey (NIRCam Kompass-Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): CEERS Survey, Extended Groth Strip
• Objektbeschreibung: Deep field survey
• Rektaszension: 14:19:46
• Deklination: +52:53:37
• Sternbild: Boötes
• Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 23 Bogenminuten
• Daten
• Instrument: NIRCam
• Filter: F115W, F150W, F200W, F277W, F356W, F444W
• Bild
• Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem NIRCam-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
• Blau: F115W + F150W Grün: F200W + F277W Rot: F356W + F444W

Über das Bild: Zehn Nahinfrarotaufnahmen der NIRCam (Nahinfrarotkamera) an Bord des James-Webb-Weltraum-teleskops wurden zu diesem Mosaik zusammengefügt, das als Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey bekannt ist. Diese Beobachtungen befinden sich in der gleichen Region, die auch vom Hubble-Weltraumteleskop unter-sucht wurde und die als erweiterter Groth-Strip bekannt ist.

Die Kompasspfeile nach Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel an. Beachten Sie, daß die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Vergleich zu den Richtungspfeilen auf einer Karte des Bodens (von oben gesehen) umgekehrt ist.

Dieses Bild zeigt unsichtbare Nahinfrarot-Wellenlängen, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewandelt wurden. Der Farbschlüssel zeigt, welche NIRCam-Filter bei der Erfassung des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, die verwendet wird, um das infrarote Licht darzustellen, das durch diesen Filter gelangt.

Der Skalenbalken ist in Bogenminuten angegeben, ein Maß für die Winkelentfernung am Himmel. Eine Bogenminute ist ein Winkelmaß, das 1/60 eines Grades entspricht. (Der Vollmond hat einen Winkeldurchmesser von etwa 30 Bogen-minuten.) Die tatsächliche Größe eines Objekts, das eine Bogenminute am Himmel einnimmt, hängt von seiner Entfernung zum Teleskop ab.