CC BY-NC-ND 4.0 (deutsch)
Als das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) im Sommer 2022 seine ersten Daten lieferte, war die Begeisterung in der Fachwelt groß. Doch zwischen all den erwarteten Bildern tauchten Objekte auf, die niemand so recht einordnen konnte. Winzige rote Punkte, so unscheinbar wie Stecknadelköpfe. Doch diese Punkte könnten unser Bild vom frühen Universum verändern. Handelt es sich gar um eine völlig neue Klasse von Himmelskörpern?
Galaxien oder etwas völlig anderes?
Zunächst schien es naheliegend, die roten Lichtpunkte als ferne Galaxien zu deuten. Sie wirkten so, als hätten sie sich nur wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet – und wären bereits genauso ausgereift wie unsere Milchstraße. Eine erstaunliche Vorstellung. Zu erstaunlich vielleicht. Denn damit wären die Modelle der Galaxienentstehung ins Wanken geraten.
Forschende sprachen schnell von „Universumsbrechern“. Doch eine internationale Gruppe, unter anderem von der Penn State University, kam nun zu einem anderen Schluss: Vielleicht handelt es sich gar nicht um Galaxien, sondern um etwas völlig Neues – sogenannte Schwarze-Loch-Sterne.
Was sind Schwarze-Loch-Sterne?
Klassische Sterne leuchten, weil in ihrem Inneren die Kernfusion läuft. Wasserstoff verschmilzt zu Helium, dabei wird Energie frei, die wir als Licht sehen. Bei den nun diskutierten Objekten sieht es anders aus. Hier sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum. Es verschlingt Materie aus der Umgebung, heizt das Gas dabei auf und bringt es zum Leuchten.
„Im Grunde haben wir so viele rote Punkte betrachtet, bis wir einen sahen, der so viel Atmosphäre hatte, dass er nicht als typischer Stern erklärt werden konnte, wie wir ihn von einer Galaxie erwarten würden“, sagt Joel Leja, Astrophysiker an der Penn State University. „Es ist wirklich eine elegante Antwort, denn wir dachten, es handele sich um eine winzige Galaxie voller vieler einzelner kalter Sterne, aber tatsächlich ist es ein einziger gigantischer, sehr kalter Stern.“
Kalte Sterne, helles Licht
Kalte Sterne sind eigentlich keine Seltenheit. Die meisten Sterne im Universum sind eher klein und kühl. Doch gerade deshalb leuchten sie schwach und sind schwer zu entdecken. Die roten Punkte des JWST aber strahlen deutlich heller. Der Grund: Das Gas um das Schwarze Loch wirkt wie eine gigantische Hülle. Sie glüht im Infrarotlicht, genau dort, wo die Sensoren des Webb-Teleskops am empfindlichsten sind.
Normalerweise wird Gas um Schwarze Löcher extrem heiß – Millionen Grad Celsius sind keine Ausnahme. Doch hier dominiert kaltes Gas das Signal. Es erinnert an die Atmosphäre kleiner Sterne, nur dass im Inneren kein Fusionsofen brennt, sondern ein Schwarzes Loch sitzt.
Ein Blick in die Frühzeit des Kosmos
Das JWST ist dafür gebaut, die Kindheit des Universums zu erforschen. Mit seinen Infrarotaugen blickt es mehr als 13 Milliarden Jahre zurück. Schon kurz nach dem Start entdeckten Forschende die rätselhaften roten Punkte. Sie erschienen viel massereicher, als es Modelle erlauben.
„Der Nachthimmel einer solchen Galaxie wäre blendend hell“, sagt Bingjie Wang, heute NASA Hubble Fellow in Princeton. Wären die Punkte wirklich alte Galaxien, müssten ihre Sterne so dicht gepackt sein, dass kaum Dunkelheit zwischen ihnen bliebe.
Das Rätsel „The Cliff“
Um Klarheit zu gewinnen, nutzte das Team zwischen 2023 und 2024 rund 60 Stunden Beobachtungszeit. Dabei entstanden Spektren von 4.500 Galaxien – eine Art Lichtabdruck, der zeigt, welche Elemente vorhanden sind und wie massereich ein Objekt ist.
Im Sommer 2024 stießen sie auf ein besonders auffälliges Beispiel. Es bekam den Spitznamen „The Cliff“. Sein Licht hatte fast 12 Milliarden Jahre zur Erde gebraucht. Die Daten zeigten: Im Inneren arbeitet ein supermassives Schwarzes Loch, das so viel Materie verschlingt, dass sich eine leuchtende Kugel aus Wasserstoffgas darum gebildet hat.
„Die extremen Eigenschaften von The Cliff zwangen uns, noch einmal von vorne anzufangen und völlig neue Modelle zu entwickeln“, sagt Anna de Graaff vom Max-Planck-Institut für Astronomie.
Die Geburt der Riesenlöcher?
Supermassive Schwarze Löcher sitzen heute im Zentrum fast jeder großen Galaxie. Manche wiegen Milliarden Sonnenmassen. Doch wie sie so früh im Universum entstanden sind, ist bis heute unklar.
Joel Leja bringt die neue Idee auf den Punkt: „Diese Schwarzen-Loch-Sterne könnten die erste Phase der Entstehung der Schwarzen Löcher sein, die wir heute in Galaxien sehen – supermassive Schwarze Löcher in ihrer frühen Kindheitsphase.“
Damit hätten Forschende einen möglichen fehlenden Baustein gefunden. Vielleicht wachsen die Giganten nicht erst im Laufe der Milliarden Jahre, sondern starten schon in ihrer Jugend mit einem Turbolader.
Vielversprechend, aber nicht gesichert
Natürlich bleibt die Sache unsicher. Die Objekte sind winzig, extrem weit entfernt und schwer messbar. Noch fehlen viele Details, etwa zur Dichte des Gases oder zur genauen Energiequelle.
„Das ist die beste Idee, die wir haben, und wirklich die erste, die zu fast allen Daten passt. Jetzt müssen wir sie nur noch weiter ausarbeiten“, sagt Leja. Und er fügt hinzu: „Es ist in Ordnung, sich zu irren. Das Universum ist viel seltsamer, als wir uns vorstellen können, und wir können nur seinen Hinweisen folgen. Es warten noch große Überraschungen auf uns.“
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