Kosmologen aufgepasst: James Webb erschüttert Standardmodell

Kippt wegen der rätselhaften roten Punkte des James-Webb-Teleskops das Standardmodell der Kosmologie? Die präzise Untersuchung des fernen Objekts GLIMPSE-17775 liefert dank eines verborgenen Schwarzen Lochs nun eine erstaunlich klare Antwort.
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Rätsel der roten Punkte

Das Rätsel um die sogenannten kleinen roten Punkte, die das James-Webb-Weltraumteleskop 2022 erstmals sichtbar machte, konkretisiert sich. Das Spektrum des Objekts GLIMPSE-17775 liefert neue Hinweise zur Entstehung früher Galaxien. Es existierte rund 1,8 Milliarden Jahre nach dem Urknall.

Die Beobachtung wurde durch den Gravitationslinseneffekt ermöglicht. Der Galaxienhaufen Abell S1063 verstärkte das Licht wie eine natürliche Lupe. So entsprach eine Beobachtungszeit von 30 Stunden einer effektiven Belichtung von etwa 80 Stunden. Das Ergebnis ist ein besonders detailliertes Lichtspektrum.


Schwarze Löcher in dichtem Gas

Wie die Weltraumbehörde NASA mitteilt, deuten die Daten auf ein schnell wachsendes, supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum hin. Ein dichter, teilweise ionisierter Gaskokon absorbiert einen Großteil der hochenergetischen Strahlung und erklärt die bislang schwache Röntgenstrahlung.

Das Spektrum zeigt mehr als 40 Linien, darunter von Wasserstoff, Sauerstoff und Helium. Auffällig ist ein Komplex aus 16 Eisenlinien. Deren Breite wird durch Streuung an freien Elektronen erklärt. Das weist auf eine starke zentrale Energiequelle hin, wie sie für aktive Schwarze Löcher typisch ist.

Keine fehlerhafte Kosmologie

Nach der Entdeckung der roten Punkte wurde teils ein Fehler im Standardmodell der Kosmologie vermutet, da die Objekte ungewöhnlich hell erschienen. Die neuen Daten sprechen dagegen: Die Helligkeit geht demnach nicht auf Sterne, sondern auf das verborgene Schwarze Loch zurück.

Ich glaube, ein Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft tendiert zu einer einheitlichen Sichtweise - nämlich dass sich die kleinen roten Punkte durch Modelle von Schwarzen Löchern erklären lassen. Aber bei keinem der bisherigen kleinen roten Punkte lagen alle Beweise an einem Ort vor. Bei GLIMPSE-17775 können wir diese Modelle überprüfen, da das Spektrum dieser Quelle so tief und beeindruckend ist.
Vasily Kokorev, University of Texas at Austin
Die schnelle Entstehung supermassereicher Schwarzer Löcher im frühen Universum bleibt eine Herausforderung. Übliche Modelle gehen von langsam wachsenden Objekten aus kollabierenden Sternen aus. Die neuen Beobachtungen stützen Ansätze, die einen direkten Kollaps großer Gaswolken annehmen. Weitere Messungen sollen die Modelle überprüfen.

Geschichte des James Webb Space Teleskops

  • 2021
    25. Dezember
    Der James Webb Space Telescope wird von der ESA-Raketenbasis in Kourou, Französisch-Guayana, mit einer Ariane 5-Rakete gestartet
  • 2021
    31. Dezember
    Die Sonnenschutzfolie des Teleskops wird erfolgreich entfaltet
  • 2022
    5. Januar
    Die sekundäre Spiegelanordnung wird erfolgreich eingesetzt und verriegelt
  • 2022
    8. Januar
    Die primäre Spiegelanordnung wird vollständig entfaltet und verriegelt
  • 2022
    24. Januar
    Der James Webb Space Telescope erreicht seinen endgültigen Orbit am zweiten Lagrange-Punkt (L2)
  • 2022
    12. Juli
    Die ersten wissenschaftlichen Bilder des Teleskops werden veröffentlicht
  • 2022
    12. Juli
    Beginn der regulären wissenschaftlichen Betriebsphase nach Abschluss der Inbetriebnahmephase

Ein offener Punkt ist der vergleichsweise schwache Balmer-Sprung bei GLIMPSE-17775. Einige Hinweise deuten auf eine große Wirtsgalaxie hin, deren blaues Sternenlicht den Effekt abschwächt. Künftige Untersuchungen sollen zeigen, ob sich das Modell auf andere Objekte übertragen lässt.

Habt ihr euch schon näher mit den Entdeckungen des James-Webb-Teleskops beschäftigt? Teilt eure Gedanken zu den roten Punkten in den Kommentaren! Was meint ihr dazu?

Was sind die "kleinen roten Punkte"?
Seit 2022 sendet das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) Bilder aus dem frühen Universum. Dabei tauchten massenhaft mysteriöse, leuchtend rote Objekte auf, die bereits etwa 600 Millionen Jahre nach dem Urknall existierten.

Zunächst war unklar, worum es sich handelt. Es hieß anfangs, dass diese Objekte gewöhnliche Galaxien seien, was jedoch nicht zu ihrer enormen Helligkeit passte. Nun belegen die Daten, dass es sich um extrem energiereiche Phänomene handelt.
Wie hat das Webb-Teleskop sie entdeckt?
Die Entdeckung des Objekts GLIMPSE-17775 gelang durch einen faszinierenden physikalischen Trick: den Gravitationslinseneffekt. Ein massereicher Galaxienhaufen im Vordergrund krümmte die Raumzeit und wirkte wie eine gigantische Lupe.

Dadurch wurde das Licht des weit entfernten roten Punktes massiv verstärkt. Aus einer regulären Beobachtungszeit von 30 Stunden wurde so die effektive Leistung einer 80-stündigen Belichtung, was das bisher detaillierteste Spektrum lieferte.
Was ist ein Schwarzes-Loch-Stern?
Ein sogenannter "Schwarzes-Loch-Stern" ist das aktuelle Modell, das die roten Punkte erklärt. Im Zentrum befindet sich ein schnell wachsendes, supermassereiches Schwarzes Loch, das enorme Mengen an Materie verschlingt.

Dieses Zentrum ist von einem dichten, heißen Kokon aus teilweise ionisiertem Gas umhüllt. Das Gas absorbiert die intensive Strahlung des Schwarzen Lochs und strahlt sie in längeren, roten Wellenlängen wieder ab - genau das, was das JWST erfasst hat.
Welche Beweise liefert GLIMPSE-17775?
Das hochauflösende Spektrum offenbarte über 40 verschiedene Lichtlinien, darunter Wasserstoff, Sauerstoff und Helium. Besonders auffällig war ein sogenannter "Eisenwald" aus 16 spezifischen Eisenlinien, der einen enormen Energieausstoß belegt.

Zudem zeigten die Linien eine ungewöhnliche Breite. Dies entsteht, wenn Licht an freien Elektronen in einer dichten Gasschicht gestreut wird. Diese Kombination an Daten gilt als stärkster Beweis für das Schwarzes-Loch-Stern-Szenario.
Warum fehlen typische Röntgenstrahlen?
Normalerweise senden aktive, wachsende Schwarze Löcher große Mengen an hochenergetischer Röntgenstrahlung aus. Bei den kleinen roten Punkten konnten andere Teleskope diese Strahlung jedoch kaum bis gar nicht messen.

Das Modell des Schwarzen-Loch-Sterns liefert hierfür eine elegante Erklärung: Der extrem dichte Gaskokon, der das Schwarze Loch umgibt, wirkt wie ein massiver Schutzschild. Er absorbiert die Röntgenstrahlen fast vollständig.
Zusammenfassung
  • Das James-Webb-Teleskop analysierte nun das ferne Objekt GLIMPSE-17775
  • Galaxienhaufen Abell S1063 verstärkte das Licht wie eine natürliche Lupe
  • Ein supermassereiches Schwarzes Loch in dichtem Gas erklärt die Daten
  • Zahlreiche Eisenlinien im Lichtspektrum belegen eine starke Energie
  • Die neuen Erkenntnisse stützen das gängige Standardmodell der Kosmologie
  • Beobachtungen deuten auf den direkten Kollaps großer Gaswolken hin
  • Jener dichte Gaskokon absorbiert die übliche Röntgenstrahlung fast ganz

Siehe auch:


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