Pressemitteilung

ESO-Teleskop entdeckt Galaxien gefangen im Netz eines supermassereichen schwarzen Lochs

1. Oktober 2020

Astronomen haben mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der ESO sechs Galaxien gefunden, die sich um ein supermassereiches schwarzes Loch herum befanden, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Zum ersten Mal wurde eine solch enge Ansammlung so kurz nach dem Urknall beobachtet. Diese Entdeckung trägt zum besseren Verständnis bei, wie supermassereiche schwarze Löcher, wie dasjenige im Zentrum unserer Milchstraße, so schnell entstanden und zu ihrer enormen Größe anwuchsen. Das Ergebnis unterstützt die Vermutung, dass schwarze Löcher rasch innerhalb großer, netzartiger Strukturen mit einem hohen Anteil an Gas wachsen können.

„Diese Untersuchung wurde hauptsächlich von dem Bemühen angetrieben, einige der anspruchsvollsten astronomischen Objekte zu begreifen – supermassereiche schwarze Löcher im frühen Universum. Es handelt sich dabei um extreme Systeme, für deren Existenz wir bisher keine gute Erklärung hatten“, sagt Marco Mignoli, ein Astronom am Nationalen Institut für Astrophysik (INAF) in Bologna, Italien, und Hauptautor der neuen Forschungsarbeit, die heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde.  

Die neuen Beobachtungen mit dem VLT der ESO zeigen mehrere Galaxien, die ein supermassereiches schwarzes Loch umgeben, die alle in einem kosmischen „Spinnennetz“ aus Gas eingebettet sind, das sich über die 300-fache Größe der Milchstraße erstreckt. „Die Filamente des kosmischen Netzes sind wie Spinnennetzfäden“, erklärt Mignoli. „Die Galaxien liegen und wachsen dort, wo sich die Filamente kreuzen. Entlang der Filamente können Gasströme fließen, die sowohl den Galaxien als auch dem zentralen supermassereichen schwarzen Loch als Nahrung zur Verfügung stehen.“

Das Licht dieser großen netzartigen Struktur mit seinem schwarzen Loch von einer Milliarde Sonnenmassen machte sich zu einer Zeit auf den Weg zu uns, als das Universum erst 0,9 Milliarden Jahre alt war. „Unsere Studien haben ein wichtiges Teil zu dem weitgehend unvollständigen Puzzle beigesteuert, das die Entstehung und das Wachstum solch extremer, aber relativ häufig vorkommender Objekte so schnell nach dem Urknall beschreibt“, sagt Co-Autor Roberto Gilli, ebenfalls Astronom am INAF in Bologna, und bezieht sich dabei auf supermassereiche schwarze Löcher. 

Die allerersten schwarzen Löcher, von denen man annimmt, dass sie durch den Kollaps der ersten Sterne entstanden sind, müssen sehr schnell gewachsen sein, um innerhalb der ersten 0,9 Milliarden Jahre des Universums Massen von einer Milliarde Sonnen zu erreichen. Aber die Astronomen haben sich bisher schwer damit getan zu erklären, wie ausreichend große Mengen an „Nahrung“ für schwarze Löcher zur Verfügung gestanden haben könnten, damit diese Objekte in so kurzer Zeit zu solch enormen Größen heranwachsen konnten. Die neu gefundene Struktur bietet eine wahrscheinliche Erklärung: Das „Spinnennetz“ und die Galaxien darin enthalten genügend Gas, um den Stoff zu liefern, den das zentrale Schwarze Loch braucht, um schnell zu einem supermassereichen Riesen zu werden.

Aber wie sind solche großen netzartigen Strukturen überhaupt entstanden? Astronomen halten riesige Halos aus mysteriöser dunkler Materie für den Schlüssel. Man nimmt an, dass diese großen Regionen unsichtbarer Materie im frühen Universum riesige Mengen an Gas anzogen; zusammen bilden das Gas und die unsichtbare dunkle Materie die netzartigen Strukturen, in denen sich Galaxien und schwarze Löcher entwickeln können.

„Unsere Ergebnisse unterstützen die Idee, dass die am weitesten entfernten und massereichsten schwarzen Löcher in massereichen Halos aus dunkler Materie in großräumigen Strukturen entstehen und wachsen. Das Fehlen früherer Nachweise solcher Strukturen war wahrscheinlich auf Einschränkungen durch die Beobachtungstechnik zurückzuführen“, sagt Colin Norman von der Johns Hopkins University in Baltimore, USA, der ebenfalls Mitautor der Studie ist.

Die jetzt entdeckten Galaxien gehören zu den schwächsten, die heutige Teleskope beobachten können. Ihr Nachweis erforderte mehrstündige Beobachtungen mit den größten verfügbaren optischen Teleskopen, darunter dem VLT der ESO. Mit den Instrumenten MUSE und FORS2 am VLT des Paranal-Observatoriums der ESO in der chilenischen Atacama-Wüste bestätigte das Team die Verbindung zwischen vier der sechs Galaxien und dem schwarzen Loch. „Wir denken, dass wir gerade die Spitze des Eisbergs gesehen haben und dass die wenigen Galaxien, die bisher um dieses supermassereiche schwarze Loch herum entdeckt wurden, nur die hellsten sind“, sagte Co-Autorin Barbara Balmaverde, eine Astronomin am INAF in Turin, Italien.

Diese Ergebnisse tragen zu unserem Verständnis der Entstehung und Entwicklung supermassereicher schwarzer Löcher und großer kosmischer Strukturen bei. Das derzeit in Chile im Bau befindliche Extremely Large Telescope der ESO wird auf diesen Forschungsergebnissen aufbauen können, indem es mit seinen leistungsstarken Instrumenten viel mehr schwächere Galaxien um massereiche schwarze Löcher im frühen Universum beobachten wird.

Weitere Informationen

Diese Untersuchung wurde in der Arbeit „Web of the giant: Spectroscopic confirmation of a large-scale structure around the z = 6.31 quasar SDSS J1030+0524“ vorgestellt, die in Astronomy & Astrophysics (doi: 10.1051/0004-6361/202039045) erscheinen wird.

Das Team setzt sich zusammen aus M. Mignoli (INAF, Bologna, Italien), R. Gilli (INAF, Bologna, Italien), R. Decarli (INAF, Bologna, Italien), E. Vanzella (INAF, Bologna, Italien), B. Balmaverde (INAF, Pino Torinese, Italien), N. Cappelluti (Fachbereich Physik, Universität Miami, Florida, USA), L. Cassarà (INAF, Mailand, Italien), A. Comastri (INAF, Bologna, Italien), F. Cusano (INAF, Bologna, Italien), K. Iwasawa (ICCUB, Universitat de Barcelona & ICREA, Barcelona, Spanien), S. Marchesi (INAF, Bologna, Italien), I. Prandoni (INAF, Istituto di Radioastronomia, Bologna, Italien), C. Vignali (Abteilung für Physik und Astronomie, Universität Bologna, Italien & INAF, Bologna, Italien), F. Vito (Scuola Normale Superiore, Pisa, Italien), G. Zamorani (INAF, Bologna, Italien), M. Chiaberge (Space Telescope Science Institute, Maryland, USA), C. Norman (Space Telescope Science Institute & Johns Hopkins University, Maryland, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Die Organisation hat 16 Mitgliedsländer: Belgien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Irland, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Hinzu kommen das Gastland Chile und Australien als strategischer Partner. Die ESO führt ein ehrgeiziges Programm durch, das sich auf die Planung, den Bau und den Betrieb leistungsfähiger bodengebundener Beobachtungseinrichtungen konzentriert, die es Astronomen ermöglichen, wichtige wissenschaftliche Entdeckungen zu machen. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope (VLT) und das weltweit führende Very Large Telescope Interferometer sowie zwei Durchmusterungsteleskope: VISTA im Infrarotbereich und das VLT Survey Telescope (VST) für sichtbares Licht. Am Paranal wird die ESO zukünftig außerdem das Cherenkov Telescope Array South beherbergen und betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlenobservatorium der Welt. Die ESO ist zusätzlich einer der Hauptpartner bei zwei Projekten auf Chajnantor, APEX und ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das Extremely Large Telescope (ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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INAF Bologna
Bologna, Italy
Tel: +39 051 6357 383
E-Mail: roberto.gilli@inaf.it

Barbara Balmaverde
INAF Torino
Pino Torinese, Italy
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Colin Norman
Johns Hopkins University
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