Die vom JWST gesehene Galaxie GS-10578 ist eine frühe Galaxie, die von ihrem supermassiven schwarzen Loch „ausgehungert“ wurde (Bildnachweis: Francesco D’Eugenio)
Mit dem James Webb Weltraumteleskop (JWST) haben Astronomen ein supermassereiches Schwarzes Loch im frühen Universum beobachtet, das seine Galaxie tötet, indem es sie aushungert. Bemerkenswerterweise scheint dieser „galaktische Hungertod“ dank der Entstehung von Gaswinden mit einer Geschwindigkeit von 2 Millionen Meilen pro Stunde sehr schnell vonstatten gegangen zu sein.
Galaxien werden als „tot“ oder „ruhend“ bezeichnet, wenn ihre Sternentstehung unterbrochen wurde. Dies kann passieren, wenn die Bausteine der Sterne, dichte Gas- und Staubwolken, aufgebraucht sind. Wissenschaftler vermuten seit langem, dass Galaxien durch ihre zentralen supermassiven schwarzen Löcher, die sie von Gas und Staub „säubern“, vorzeitig „getötet“ werden können.
Diese JWST-Beobachtungen stellen den ersten soliden Nachweis eines solchen Effekts dar und können tatsächlich die Sternentstehung durch verhungernde Galaxien unterdrücken. Die Ergebnisse stammen von einem Forscherteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Cambridge, die die frühe Galaxie mit dem offiziellen Namen GS-10578 untersuchten, die aber nach dem Teammitglied, das ihre genaue Beobachtung vorgeschlagen hatte, den Spitznamen „Pablos Galaxie“ erhielt.
Pabalos Galaxie ist etwa 11,5 Milliarden Lichtjahre entfernt, d. h. sie wird so gesehen, wie sie nur etwa 2,3 Milliarden Jahre nach dem Urknall war.
„Aufgrund früherer Beobachtungen wussten wir, dass sich diese Galaxie in einem abgeschwächten Zustand befindet: Angesichts ihrer Größe bildet sie nicht viele Sterne, und wir gehen davon aus, dass es eine Verbindung zwischen dem Schwarzen Loch und dem Ende der Sternentstehung gibt“, sagte Francesco D’Eugenio vom Kavli Institute for Cosmology in Cambridge in einer Erklärung. „Bis zum JWST waren wir jedoch nicht in der Lage, diese Galaxie detailliert genug zu untersuchen, um diese Verbindung zu bestätigen, und wir wussten nicht, ob dieser gelöschte Zustand vorübergehend oder dauerhaft ist.“
Mit einer Masse, die 200 Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne, ist die etwa milchstraßengroße Galaxie, die die meisten ihrer Sterne vor 12,5 Milliarden bis 11,5 Milliarden Jahren hervorbrachte, ungewöhnlich massiv für diesen Zeitraum im frühen Universum.
„Im frühen Universum bilden die meisten Galaxien viele Sterne, daher ist es interessant, eine so massive tote Galaxie zu diesem Zeitpunkt zu sehen“, sagte Roberto Maiolino, Mitglied des Teams und ebenfalls vom Kavli-Institut für Kosmologie. „Wenn die Galaxie genug Zeit hatte, um so massiv zu werden, ist der Prozess, der die Sternentstehung stoppte, wahrscheinlich relativ schnell abgelaufen.
Künstlerische Darstellung des supermassiven schwarzen Lochs in der Galaxie M87 und seines starken Jets. (Bildnachweis: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF))Mit Hilfe des JWST konnte das Team feststellen, dass das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen der Pablo-Galaxie riesige Mengen an Gas mit einer Geschwindigkeit von bis zu 2,2 Millionen Meilen pro Stunde wegstößt. Zum Vergleich: Das ist 1.500 Mal so schnell wie die Höchstgeschwindigkeit eines Lockheed Martin F-16 Düsenjägers.
Die Geschwindigkeit des Gases ist von Bedeutung, weil sie groß genug ist, um den Gravitationseinfluss von Pablos Galaxie zu überwinden und so der Galaxie endgültig zu entkommen.
Viele Galaxien mit fütternden oder „akkretierenden“ supermassiven Schwarzen Löchern haben schnelle Gaswinde, die von ihnen ausgehen, aber normalerweise sind diese von recht geringer Masse. Das JWST fand eine neue Komponente in den Winden der Pablo-Galaxie, die andere Teleskope in der Nähe anderer aktiver Galaxien übersehen haben.
Diese dichte Gaskomponente ist kühler und dichter und strahlt daher wenig Licht ab, weshalb andere Teleskope sie nicht gesehen haben. Das JWST mit seiner unglaublichen Empfindlichkeit war in der Lage, diesen dichten Gasstrom zu entdecken, weil er das Licht der dahinter liegenden Galaxien blockiert.
Das Team stellte fest, dass die Masse des Gasstroms aus der Pablo-Galaxie größer war als das Gas, das für die Bildung neuer Sterne benötigt wird. Dies reicht aus, um zu zeigen, dass das supermassive schwarze Loch dieser Galaxie die Sternentstehung in dieser fernen und frühen Galaxie unterdrückt.
„Wir haben den Übeltäter gefunden“, sagte D’Eugenio. „Das Schwarze Loch tötet diese Galaxie und hält sie im Schlaf, indem es die Nahrungsquelle abschneidet, die die Galaxie zur Bildung neuer Sterne benötigt.“
Die JWST-Beobachtungen bestätigten zwar frühere Modelle der galaktischen Entwicklung und die Rolle supermassiver schwarzer Löcher bei der Unterdrückung der Sternentstehung, aber sie brachten auch einige Überraschungen.
Früher sagten theoretische Modelle voraus, dass das Ende der Sternentstehung chaotische und turbulente Auswirkungen auf Galaxien haben könnte, die ihre Form zerstören. Die Tatsache, dass sich die Sterne in Pablos Galaxie scheinbar immer noch in geordneter Weise bewegen, deutet darauf hin, dass dies nicht immer der Fall sein könnte.
Das Team beabsichtigt nun, die JWST-Beobachtungen von Pablos Galaxie durch eine Untersuchung mit dem Atacama Large Millimeter-Submillimeter Array (ALMA) zu ergänzen, das aus 66 Radioteleskopen im Norden Chiles besteht. Dies könnte Aufschluss darüber geben, ob in der Pablo-Galaxie noch kühles, dichtes Gas vorhanden ist und welche Auswirkungen das supermassereiche schwarze Loch auf die unmittelbare Umgebung der Galaxie hat.
„Wir wussten, dass Schwarze Löcher einen massiven Einfluss auf Galaxien haben, und vielleicht ist es üblich, dass sie die Sternentstehung stoppen, aber bis zum JWST waren wir nicht in der Lage, dies direkt zu bestätigen“, schloss Maiolino. „Dies ist ein weiterer Grund, warum das JWST einen riesigen Sprung nach vorne macht, was unsere Fähigkeit angeht, das frühe Universum und seine Entwicklung zu untersuchen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Montag (16. September) in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
