Als das James-Webb-Weltraumteleskop 2021 seine Mission aufnahm, konnte die Menschheit erstmals in jene Zeit zurückschauen, als die ersten Galaxien entstanden. In deren Kinderstube offenbarte sich Unerwartetes: Überall zwischen Sternen und Galaxien leuchteten rote Punkte auf, als sei das frühe Universum von einer Kinderkrankheit, den Masern befallen. Welche mysteriösen Objekte verbargen sich hinter diesen "Little red dots"? Die Debatte in der Astrogemeinschaft wogte intensiv, doch nun scheint sich das Geheimnis zu lüften.
In der Astronomie sorgten die roten Punkte deswegen für Aufruhr, weil sie den bisherigen Theorien zu widersprechen schienen. Früh standen sich zwei Hypothesen gegenüber: Sie könnten entweder frühe Galaxien oder Schwarze Löcher sein. Doch beide Erklärungen schienen nicht wirklich zu passen. Denn Galaxien oder Schwarze Löcher, die solches Licht abstrahlen, müssten massiv sein, ergaben Simulationen. Derart schwere Himmelskörper dürften in diesem frühen Stadium des Universums eigentlich nicht existieren, sie hatten schlicht zu wenig Zeit, so groß zu werden. Eher abseitige Stimmen wollten sogar gleich das Urknallmodell verwerfen, um den Objekten mehr Zeit zum Wachsen einzuräumen.
Um nicht gleich das Kind mit dem Bade auszuschütten, dachten Forschende über Konstellationen nach, die sie bislang so noch nicht gesehen und modelliert hatten. Eine Forschungsgruppe um Anna de Graaff vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg entwarf das Modell eines "Black Hole Star", eines "Schwarzloch-Sterns". Demnach könnte es sich bei einem roten Punkt um ein Schwarzes Loch handeln, das von einem ungewöhnlichen Gasmantel umgeben ist.
Genauer säße im Zentrum eines Schwarzloch-Sterns ein aktiver Galaxienkern, das entspricht einem supermassereichen Schwarzen Loch mit einer Scheibe aus Staub und Gas. Solche aktiven Galaxienkerne bilden das Zentrum vieler Galaxien, darunter auch der Milchstraße. Staub und Gas in seiner Umgebung werden von dem Schwarzen Loch angezogen. Doch nur einen kleinen Teil kann sich das Massemonster einverleiben. Denn während das Gas in immer wilderen Bahnen auf das Loch zurast, erhitzt es sich auf Temperaturen von Millionen Grad. Das Gas leuchtet hell und gibt mehr Energie ab als jeder andere bekannte Prozess im Universum. Diese intensive Strahlung bläst einen Großteil der Materie um das Loch nach außen weg. Da sich viele Schwarze Löcher zusätzlich drehen, wird zudem Gas über die Pole fortgeschleudert. Schwarze Löcher ähneln damit dem Krümelmonster aus der Sesamstraße: Es will zwar wild alles verschlingen, doch nur wenig landet wirklich in seinem Schlund, der Großteil der "Krümel" fliegt vorbei.
Das erklärt, warum sich Schwarze Löcher so gut beobachten lassen: Obwohl sie dem Wortsinne folgend eigentlich nicht zu sehen sein sollten, verraten sie sich durch diese wilden, hell leuchtenden Prozesse in ihrer Umgebung.
Sollten Schwarzloch-Sterne existieren, hätten sie gegenüber den bislang bekannten aktiven Galaxienkernen eine Besonderheit: Sie wären von einer weitaus größeren Hülle ionisierten Wasserstoffs umgeben. Ein Black Hole Star wäre kein Stern im engeren Sinne, da in seinem Zentrum keine Kernfusion stattfindet, und doch würde er von außen einem Stern ähneln. Denn die wild wirbelnde Wasserstoffhülle würde durch den aktiven Galaxienkern erwärmt, genau wie die äußere Schicht der Sonne durch die Kernfusion im Inneren erhitzt wird. Die äußeren Erscheinungsbilder eines Schwarzloch-Sterns und eines herkömmlichen Sterns wiesen daher deutliche Ähnlichkeiten auf.
Solch eine Gashülle könnte zudem erklären, warum das James-Webb-Teleskop nicht jene Röntgenstrahlen oder Radiowellen bei den roten Punkten beobachtet, die eigentlich bei aktiven Galaxienkernen zu erwarten sind: Die Gashülle lässt solche Strahlung nicht hinaus.
So weit die Theorie. Nun haben Forschende um Vadim Rusakov vom Cosmic Dawn Center in Kopenhagen das Licht einiger dieser roten Punkte genauer angeschaut und darin starke Hinweise gefunden, dass es sich tatsächlich um Schwarzloch-Sterne handelt. Ihre Studie schaffte es auf die Titelseite des Fachmagazins "Nature".
Bei einer genaueren Analyse des Lichts offenbarte sich, dass es wohl eine Reise durch eine Gaswolke hinter sich hatte. Als die Strahlung aus dem Zentrum auf den ionisierten Wasserstoff der Hülle traf, bestimmte dieser, welche Strahlen aus dem Inneren hinausgelangen und welche nicht, er reflektierte die Photonen mehrfach und streute sie. Dies ergibt charakteristische Merkmale, die zum Licht der Little red dots passen.
Mit dieser Erkenntnis modellierten die Forschenden im zweiten Schritt einmal neu die Größe des Schwarzen Lochs. Bei früheren Untersuchungen hatte man angenommen, dass das Licht direkt vom Schwarzen Loch zu uns fliegt und kam auf eine unrealistische Größe: Solch ein Schwarzes Loch müsste viele Milliarden Sonnen schwer sein. Doch unter der Annahme, dass das Licht auf seiner Reise eine Gashülle passiert, ergab sich ein viel kleinerer Wert. Demnach reichen Schwarze Löcher im Zentrum, die "nur noch" Millionen Sonnen schwer und Millionen Kilometer im Durchmesser messen. Das ist zwar aus menschlicher Sicht noch immer gewaltig, aber mit dem Alter der Himmelsobjekte viel besser erklärbar.
Die umgebenden Hüllen ließen die Schwarzen Löcher also bloß viel größer und schwerer erscheinen.
Die roten Punkte sind durch diese "Enthüllung" aber nicht weniger spannend geworden. Denn nun lässt sich besser verstehen, wie die ersten Schwarzen Löcher und Galaxien entstanden. Die Punkte verdeutlichen einmal mehr, welch enorme Rolle Schwarze Löcher im frühen Universum gespielt haben. Galten die Raumzeitverkrümmungen zunächst als theoretische Hirngespinste, dann als seltene Exoten, zeigt sich mehr und mehr, dass das Universum von ihnen dicht bevölkert ist und dass sie ganz entscheidend zur Entwicklung des Universums, wie wir es kennen, beigetragen haben. Und da man den Schwarzen Löchern hier praktisch beim Wachsen zuschauen kann, helfen die neuen Beobachtungen, besser zu verstehen, wie Schwarze Löcher eigentlich so schnell eine so dominante Stellung im jungen Universum gewinnen konnten, eine Stellung, die sie bis heute innehaben, wie man im Zentrum der Milchstraße sieht.
"Wir haben die jungen Schwarzen Löcher mitten in ihrer Wachstumsphase in einem Stadium eingefangen, das wir bisher noch nicht beobachtet haben. Der dichte Gasmantel um sie herum liefert ihnen den Treibstoff, den sie benötigen, um sehr schnell zu wachsen", sagt der beteiligte Wissenschaftler Darach Watson.
Dass die Little red dots nur im jungen Universum zu beobachten sind, erklärt sich dadurch, dass nur damals noch so viel Wasserstoff um die Galaxienkerne verteilt war. Nachdem die Schwarzen Löcher ihre rötlich leuchtenden Gashüllen einmal verzehrt hatten, präsentierten sich die angewachsenen Schwerkraftmonster so, wie Astronom*innen sie eigentlich kennen: als blau leuchtende Quasare.
