Quelle: Universität Heidelberg 14. Juni 2024.

14. Juni 2024 – Lediglich rund 2.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet sich ein Schwarzes Loch, das etwa die 33-fache Masse der Sonne aufweist. Aufgespürt wurde das Objekt mit der Bezeichnung Gaia BH 3 – das massereichste Schwarze Loch, das je in der Milchstraße entdeckt wurde – mithilfe des Weltraum-Observatoriums Gaia der Europäischen Weltraumorganisation ESA. An der Auswertung der zugrundeliegenden Messungen waren Wissenschaftler des Zentrums für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH) federführend beteiligt. Bislang wurden Schwarze Löcher dieses Typs nur in sehr weit entfernten Galaxien beobachtet. Mit der Entdeckung dieses „schlafenden Riesen“ im Sternbild Adler erhofft sich die Forschung neue Erkenntnisse darüber, wie massereiche Sterne entstehen und sich entwickeln.

„Wie bereits unzählige Resultate zuvor ist diese Entdeckung ein weiteres spektakuläres Ergebnis der mittlerweile zwanzigjährigen Arbeit in der Gaia-Datenauswertung“, betont Dr. Michael Biermann, der am Astronomischen Rechen-Institut der Ruperto Carola die astrometrische Auswertung der Daten leitet. Rund 90 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind in dem Bereich am ZAH tätig. Es ist damit die größte Abteilung des Gaia-Datenverarbeitungskonsortiums. Zuständig ist sie für die gesamte Verarbeitungskette von den Rohdaten des Satelliten bis zu den daraus abgeleiteten endgültigen Positionen, Bewegungen und Entfernungen der Sterne.

Grundlage für die aktuelle Entdeckung bildeten ultrapräzise Messungen über einen Zeitraum von fünf Jahren, bei denen die beteiligten Forscherinnen und Forscher auf einen Stern mit leicht schwankender Position aufmerksam geworden sind. Verursacht wird dieses Schwanken durch ein unsichtbares Objekt, das der Stern alle zwölf Jahre umkreist. Wie Dr. Biermann erläutert, handelt es sich dabei um ein „schlafendes“ Schwarzes Loch: Ohne Begleiter in der Nähe, von dem es Materie beziehen kann, erzeugt es kein Licht und ist deshalb extrem schwer zu entdecken. Entstanden ist das außergewöhnlich große Schwarze Loch vor Milliarden Jahren aus einer einzigen Supernovaexplosion und nicht – so der Heidelberger Wissenschaftler – durch das Verschmelzen weniger massereicher Schwarzer Löcher.

„Die wissenschaftlichen Konsequenzen der Entdeckung werden sich erst im Laufe der kommenden Jahre zeigen. Viele Teleskope und Messinstrumente richten sich nun auf dieses Objekt, um die weiteren Eigenschaften und das Verhalten eines derart massereichen Schwarzen Lochs erstmals aus nächster Nähe zu studieren“, erläutert Dr. Ulrich Bastian, der an dem in „Astronomy & Astrophysics“ erschienenen Paper zu Gaia BH3 direkt beteiligt war. Nach den Worten des ZAH-Wissenschaftlers wurde mit dieser Entdeckung der Beleg erbracht, dass auch „schlafende“ und damit unsichtbare Schwarze Löcher aufgespürt werden können, sofern sie mit einem Stern ein Paar bilden.

Originalpublikation
P. Panuzzo et al.: Discovery of a dormant 33 solar-mass black hole in pre-release Gaia astrometry, Gaia Collaboration, Astronomy & Astrophysics, 2024.
DOI: 10.1051/0004-6361/202449763
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2024/06/aa49763-24/aa49763-24.html
pdf: https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2024/06/aa49763-24.pdf

Video-Animation des BH3-Systems von Stefan Jordan, ZAH/ARI

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Quelle: Universität Heidelberg 14. Dezember 2022.

14. Dezember 2022 – Mit den Beobachtungen einer weit entfernten und sehr hellen Galaxie hat ein internationales Forschungsteam mithilfe des James Webb Space Telescope (JWST) einen Galaxienhaufen und zugleich eines der dichtesten bekannten Gebiete der Galaxienentstehung im frühen Universum entdeckt. Die Beobachtungen mit dem neuen Weltraumteleskop enthüllten einen Galaxien-Protohaufen, der sich im Umfeld eines Quasars bildet. Dieser noch in Entstehung begriffene Galaxienhaufen könnte Aufschluss darüber geben, wie sich die Galaxien im frühen Universum zum heute sichtbaren kosmischen Netz entwickelt haben. Geleitet wurden die Forschungsarbeiten von Dr. Dominika Wylezalek, Wissenschaftlerin am Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg (ZAH).

Ziel der Untersuchungen war eine Galaxie mit einem sehr aktiven und hellen Kern, der von einem extrem massereichen Schwarzen Loch im Herzen der Galaxie gespeist wird. Von einem solchen als Quasar bezeichneten Kern wird angenommen, dass er einen sogenannten galaktischen Wind auslösen kann, der Gas aus der Heimatgalaxie verdrängt. Diese Ausflüsse von Materie könnten damit die Entstehung anderer Sterne und Galaxien beeinflussen. Das internationale Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Wylezalek hat den Quasar SDSS J165202.64+172852.3 – kurz J1652 – mit dem James Webb Space Telescope beobachtet. Er existierte bereits im sehr frühen Universum, das heißt vor etwa 11,5 Milliarden Jahren. Sein auffälliges rotes Licht wurde durch seine große Entfernung und die Ausdehnung des Universums in den Infrarotbereich verschoben. Daher eignet sich der Quasar J1652 ganz besonders für Beobachtungen mit dem für diesen Spektralbereich konzipierten James-Webb-Teleskop.

In früheren Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, dass schnelle Gasausflüsse von dem Quasar angetrieben werden; zudem wurden Hinweise auf das Verschmelzen des Quasars mit einer Nachbargalaxie gefunden. Überraschenderweise bestätigen die Beobachtungen mit dem JWST, dass nicht nur eine einzige Galaxie, sondern mindestens drei weitere mit hoher Geschwindigkeit und sehr dicht gepackt umherwirbeln. In der Wissenschaft wird ein derartiges System auch als Galaxien-Protohaufen bezeichnet – ein Galaxienhaufen in der Phase der Entstehung. Die Objekte im direkten Umfeld des Quasars wurden im infraroten Spektralbereich analysiert. Sie deuten nach Angaben von Dr. Wylezalek darauf hin, dass J1652 Teil eines dichten Knotens der Galaxienentstehung ist. Erst die hervorragenden bildgebenden und spektroskopischen Fähigkeiten des James Webb Space Telescope erlauben diese Schlussfolgerung. „Es gibt nur wenige Galaxien-Protohaufen, die zu diesem frühen Zeitpunkt bekannt sind. Sie sind schwer zu finden und nur sehr wenige hatten seit dem Urknall Zeit, sich zu bilden. Unsere Entdeckung könnte dabei helfen, zu verstehen, wie sich Galaxien in dichten Umgebungen entwickeln“, so die Astrophysikerin. „Wir werfen einen Blick in die frühesten Entwicklungsphasen dieser Galaxien.“

Das internationale Forscherteam glaubt, eines der dichtesten bekannten Gebiete der Galaxienentstehung im frühen Universum entdeckt zu haben – aufgrund der Geschwindigkeit, mit der drei bestätigte Galaxien einander umkreisen, und der Dichte, mit der sie in die Region um den Quasar „gepackt“ sind. „Selbst ein dichter Knoten aus Dunkler Materie reicht nicht aus, um die von uns beobachteten Eigenschaften zu erklären. Wir nehmen an, dass wir eine Region sehen, in der zwei Knoten aus Dunkler Materie miteinander verschmelzen“, sagt die Wissenschaftlerin, die an der Universität Heidelberg eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe an dem zum ZAH gehörenden Astronomischen Rechen-Institut leitet. Von Folgebeobachtungen erhofft sie sich Aufschluss darüber, wie solche dichten, chaotischen Galaxienhaufen entstehen und wie sie sich zum heute sichtbaren kosmischen Netz entwickelt haben. Mit ihrem Team, zu dem auch Postdoktorandin Dr. Caroline Bertemes gehört, will Dr. Wylezalek zunächst herausfinden, welchen Einfluss galaktische Winde und die von dem aktiven, supermassiven Schwarzen Loch in seinem Herzen erzeugten Quasar-Rückkopplungen auf den Protohaufen ausüben.

An den Forschungsarbeiten waren neben dem Heidelberger Team auch weitere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Deutschland sowie aus Frankreich, Großbritannien, Mexiko und den USA beteiligt. Die Beobachtungen mit dem James Webb Space Telescope fanden im Rahmen des sogenannten Early Release Science-Programms innerhalb der ersten fünf Monate nach Beginn des wissenschaftlichen Betriebs des JWST statt. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft, die Daimler und Benz Stiftung und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt haben die Arbeiten an der Universität Heidelberg unterstützt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal Letters“ veröffentlicht.

Originalpublikation:
D. Wylezalek, A. Vayner, D. S. N. Rupke, N. L. Zakamska, S. Veilleux, Y. Ishikawa, C. Bertemes, W. Liu, J. K. Barrera-Ballesteros, H.-W. Chen, A. D. Goulding, J. E. Greene, K. N. Hainline, F. Hamann, T. Heckman, S. D. Johnson, D. Lutz, N. Lützgendorf, V. Mainieri, R. Maiolino, N. P. H. Nesvadba, P. Ogle, E. Sturm: First Results from the JWST Early Release Science Program Q3D: Turbulent Times in the Life of a z ∼ 3 Extremely Red Quasar Revealed by NIRSpec IFU, The Astrophysical Journal Letters (15 November 2022), DOI: 10.3847/2041-8213/ac98c3, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac98c3, pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac98c3/pdf.

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