Originalveröffentlichung am 14.01.2025 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases
Zusammenfassung: Wissenschaftler erstellen eine große Stichprobe einer ungewöhnlichen Klasse von Objekten, um eine Verbindung zum frühen Kosmos herzustellen
Kurz nach Beginn des wissenschaftlichen Betriebs von NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop bemerkten Astronomen in den Daten etwas Unerwartetes: rote Objekte, die am Himmel klein erscheinen und sich im fernen, jungen Universum befinden. Diese faszinierende Klasse von Objekten, die als „kleine rote Punkte“ (Little Red Dots, LRDs) bekannt geworden sind, ist derzeit noch nicht gut verstanden, was neue Fragen aufwirft und zu neuen Theorien über die Prozesse im frühen Universum führt.
Durch Durchforsten öffentlich zugänglicher Webb-Datensätze hat ein Team von Astronomen kürzlich eine der bisher größten Stichproben von LRDs zusammengestellt, die fast alle in den ersten 1,5 Milliarden Jahren nach dem Urknall entstanden sind. Sie kamen zu dem Schluß, daß es sich bei einem großen Teil der LRDs in ihrer Stichprobe wahrscheinlich um Galaxien mit in ihrem Zentrum wachsenden Schwarzen Löchern handelt.
Im Dezember 2022, weniger als sechs Monate nach Beginn des wissenschaftlichen Betriebs, deckte das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA etwas noch nie Dagewesenes auf: zahlreiche rote Objekte, die am Himmel klein erscheinen und von den Wissenschaftlern bald als „kleine rote Punkte“ (LRDs) bezeichnet wurden. Obwohl diese Punkte recht häufig vorkommen, sind die Forscher über ihre Natur, den Grund für ihre einzigartigen Farben und darüber, was sie über das frühe Universum aussagen, verblüfft.
Ein Team von Astronomen hat kürzlich eine der bisher größten Stichproben von LRDs zusammengestellt, die fast alle in den ersten 1,5 Milliarden Jahren nach dem Urknall entstanden sind. Sie fanden heraus, daß ein großer Teil der LRDs in ihrer Stichprobe Anzeichen für wachsende supermassereiche Schwarze Löcher enthielt.
„Wir sind von dieser neuen Population von Objekten, die Webb gefunden hat, völlig irritiert. Wir sehen keine vergleichbaren Objekte bei niedrigeren Rotverschiebungen, weshalb wir sie auch nicht vor Webb gesehen haben“, sagt Dale Kocevski vom Colby College in Waterville, Maine, und Hauptautor der Studie. „Es wird intensiv daran gearbeitet, die Natur dieser kleinen roten Punkte zu bestimmen und herauszufinden, ob ihr Licht von akkretierenden Schwarzen Löchern dominiert wird.
Ein möglicher Blick auf das frühe Wachstum Schwarzer Löcher
Ein wichtiger Zusatzfaktor für den großen Stichprobenumfang der LRDs des Teams war die Verwendung von öffentlich verfügbaren Webb-Daten. Vorab suchte das Team in der Durchmusterung Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) nach diesen roten Quellen, bevor es seinen Blick auf andere extragalaktische Datenfelder ausdehnte, darunter die Durchmusterung JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) und die Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public Durchmusterung.
Die Methodik zur Identifizierung dieser Objekte unterschied sich auch von früheren Studien, so daß die Zählung einen großen Rotverschiebungsbereich abdeckte. Die von ihnen entdeckte Verteilung ist faszinierend: LRDs tauchen in großer Zahl etwa 600 Millionen Jahre nach dem Urknall auf und nehmen etwa 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall rapide ab.
Das Team suchte im Rahmen des Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES) nach spektroskopischen Daten über einige der LRDs in ihrer Stichprobe. Sie fanden heraus, daß etwa 70 Prozent der Ziele Anzeichen für Gas zeigten, das mit 1.000 Kilometern pro Sekunde um ein supermassereiches Schwarzes Loch kreist – ein Zeichen für eine Akkretionsscheibe. Dies deutet darauf hin, daß es sich bei vielen LRDs um akkretierende Schwarze Löcher handelt, die auch als aktive galaktische Kerne (AGN) bezeichnet werden.
„Das Spannendste für mich sind die Rotverschiebungsverteilungen. Diese wirklich roten Quellen mit hoher Rotverschiebung hören im Grunde an einem bestimmten Punkt nach dem Urknall auf zu existieren“, sagt Steven Finkelstein, Mitautor der Studie an der University of Texas in Austin. „Wenn es sich dabei um wachsende Schwarze Löcher handelt, und wir glauben, daß dies bei mindestens 70 Prozent der Quellen der Fall ist, deutet dies auf eine Ära des verdeckten Wachstums von Schwarzen Löchern im frühen Universum hin.“
Entgegen den Schlagzeilen ist die Kosmologie nicht am Ende
Als die LRDs zum ersten Mal entdeckt wurden, vermuteten einige, daß die Kosmologie „kaputt“ sei. Wenn das gesamte von diesen Objekten ausgehende Licht von Sternen stammte, bedeutete dies, daß einige Galaxien so groß und schnell gewachsen waren, daß die Theorien sie nicht erklären konnten.
Die Forschungsergebnisse des Teams unterstützen das Argument, daß ein Großteil des Lichts dieser Objekte von akkretierenden Schwarzen Löchern und nicht von Sternen stammt. Weniger Sterne bedeuten kleinere, leichtere Galaxien, die mit den bestehenden Theorien verstanden werden können.
„So löst man das ‘Universum ist kaputt‘-Problem“, sagte Anthony Taylor, ein Mitautor der Studie von der University of Texas in Austin.
Verquerer und Verquerer
Es gibt noch viel zu diskutieren, denn die LRDs scheinen noch mehr Fragen aufzuwerfen. So ist zum Beispiel immer noch die Frage offen, warum LRDs nicht bei niedrigeren Rotverschiebungen auftreten. Eine mögliche Antwort ist das Wachstum von innen nach außen: Wenn sich die Sternentstehung in einer Galaxie vom Zentrum nach außen ausdehnt, wird weniger Gas durch Supernovae in der Nähe des akkretierenden Schwarzen Lochs deponiert, und das Schwarze Loch wird weniger verdeckt. In diesem Fall wirft das Schwarze Loch seinen Gaskokon ab, wird blauer und weniger rot, und verliert seinen LRD-Status.
Außerdem sind LRDs im Röntgenlicht nicht hell, was im Gegensatz zu den meisten Schwarzen Löchern bei niedrigeren Rotverschiebungen steht. Astronomen wissen jedoch, daß bei bestimmten Gasdichten Röntgenphotonen eingefangen werden können, was die Röntgenemission reduziert. Daher könnte diese Eigenschaft von LRDs die Theorie unterstützen, daß es sich um stark verdeckte Schwarze Löcher handelt.
Das Team verfolgt mehrere Ansätze, um die Natur der LRDs zu verstehen, darunter die Untersuchung der Eigenschaften ihrer Stichprobe im mittleren Infrarotbereich und einer breit angelegten Suche nach akkretierenden Schwarzen Löchern, um zu sehen, wie viele die LRD-Kriterien erfüllen. Noch genauere Spektroskopie und ausgewählte Folgebeobachtungen werden auch dazu beitragen, den derzeit „offenen Fall“ der LRDs zu lösen.
„Es gibt immer zwei oder mehr Möglichkeiten, die verwirrenden Eigenschaften der kleinen roten Punkte zu erklären“, sagt Kocevski. „Es ist ein ständiger Austausch zwischen Modellen und Beobachtungen, um ein Gleichgewicht zwischen dem zu finden, was gut mit beiden übereinstimmt, und dem, was im Widerspruch dazu steht.“
Die Ergebnisse wurden in einer Pressekonferenz auf der 245. Tagung der American Astronomical Society in National Harbor, Maryland, vorgestellt und sind zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen.
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 Weltraumorganisation).
Kleine rote Punkte (NIRCam Ansicht)
- Fast Facts
- Objekt
- Objektbeschreibung: Kleine rote Objekte aus den Durchmusterungen JADES, CEERS, PRIMER, UNCOVER und NGDEEP
- Abmessung: Jedes Quadrat hat einen Durchmesser von 1,5 Bogensekunden
- Daten
- Instrument: NIRCam
- Filter: F115W, F200W, F444W
- Bild
- Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die mit dem NIRCam-Instrument des James-Webb-Weltraumteleskops aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten infraroten Wellenlängenbereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem monochromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
- Rot: F444W Grün: F200W Blau: F115W
Über das Bild: Ein Team von Astronomen hat die Daten des James-Webb-Weltraumteleskops aus mehreren Durchmusterungen gesichtet, um eine der bisher umfangreichsten Stichproben von „kleinen roten Punkten“ (LRDs) zusammenzustellen. Das Team begann mit der Cosmic Evolution Early Release Science Durchmusterung (CEERS), bevor es seinen Blick auf andere extragalaktische, bereits aufgenommene Felder ausdehnte, darunter das JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) und die Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP) Durchmusterung.
Sie fanden heraus, daß diese mysteriösen roten Objekte, die am Himmel klein erscheinen, etwa 600 Millionen Jahre nach dem Urknall in großer Zahl auftauchen und ihre Zahl etwa 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall rapide abnimmt. Spektroskopische Daten einiger der LRDs in ihrer Stichprobe, die von der Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey (RUBIES) zur Verfügung gestellt wurden, deuten an, daß es sich bei vielen um akkretierende Schwarze Löcher handelt. Allerdings sind weitere Untersuchungen dieser faszinierenden Objekte erforderlich.