Ganz am Anfang, denken Wissenschaftler, gab es schwarze Löcher.
Diese schwarzen Löcher, die Astronomen nie direkt entdeckt haben, bildeten sich nicht auf die übliche Weise: der explosive Zusammenbruch eines großen, sterbenden Sterns in seinem eigenen Schwerkraftschacht. Die Materie in diesen Schwarzen Löchern, glauben Forscher, wurde durch das letzte Keuchen eines alten Sterns nicht zu einer Singularität zerquetscht.
In der Tat gab es damals in den ersten 1 Milliarde Jahren des Universums keine alten Sterne. Stattdessen gab es riesige Materiewolken, die den Raum füllten und die frühesten Galaxien säten. Ein Teil dieser Materie, so glauben Forscher, klumpte jedoch enger zusammen und brach in seiner eigenen Schwerkraft zusammen, genau wie es alte Sterne später taten, als das Universum alterte. Diese Zusammenbrüche, glauben Forscher, haben supermassereiche Schwarze Löcher ausgesät, die zuvor kein Leben als Sterne hatten. Astronomen nennen diese Singularitäten "Direct Collapse Black Holes" (DCBHs).
Das Problem mit dieser Theorie ist jedoch, dass niemand jemals eine gefunden hat.
Das könnte sich aber ändern. Ein neues Papier des Georgia Institute of Technology, das am 10. September in der Zeitschrift Nature Astronomypropos veröffentlicht wurde, besagt, dass das James Webb Space Telescope (JWST), das die NASA in den nächsten Jahren auf den Markt bringen will, empfindlich genug sein sollte, um eine Galaxie zu entdecken mit einem schwarzen Loch aus dieser alten Periode der Universumsgeschichte. Und die neue Studie schlägt eine Reihe von Signaturen vor, mit denen eine DCBH-Hosting-Galaxie identifiziert werden kann.
Und dieses ultrapowerful Teleskop muss möglicherweise nicht lange den Himmel durchsuchen, um eines zu finden.
"Wir gehen davon aus, dass das bevorstehende James Webb-Weltraumteleskop möglicherweise eine junge Galaxie erkennen und unterscheiden kann, in der sich ein direkt kollabierendes Schwarzes Loch befindet ... mit einer Gesamtbelichtungszeit von nur 20.000 Sekunden", schrieben die Forscher. (Später stellten sie fest, dass diese Zeitschätzung einige "grobe" Elemente enthielt.)
Um ihre Vorhersage zu treffen, verwendeten die Forscher ein Computermodell, um die Bildung eines DCBH im frühen Universum zu simulieren. Sie fanden heraus, dass sich bei der Bildung eines DCBH viele große, kurzlebige, metallfreie Sterne um ihn herum bilden. Das Licht, das von seiner Wirtsgalaxie kommt, würde also Signaturen von Sternen mit niedrigem Metallgehalt enthalten.
Sie fanden auch heraus, dass ein austretendes DCBH bestimmte, hohe Frequenzen elektromagnetischer Strahlung emittiert, die das JWST erkennen konnte - obwohl diese Strahlung von einer Galaxie, die sich so schnell in die entgegengesetzte Richtung bewegt, so weit gereist wäre, dass sie sich durch sie in Infrarotstrahlung rot verschoben hätte die Zeit, als es unser Sonnensystem erreichte. (Licht wird rot verschoben oder verschiebt sich zu längeren Wellenlängen, wenn sich Objekte im Universum weiter voneinander entfernen.)
Und das führt zu dem Grund, warum Forscher immer noch nur (in sehr fortgeschrittenen Begriffen) darüber spekulieren können, wie ein DCBH für das JWST aussehen sollte, und warten, bis das JWST tatsächlich im Weltraum ankommt: Um das frühe Universum zu untersuchen, haben Wissenschaftler sehr weit weg zu schauen, auf sehr altes Licht, das schon sehr lange unterwegs ist. Dieses Licht ist besonders schwach und ohne ein Instrument, das so empfindlich ist wie das JWST, hat die Menschheit derzeit einfach keine Möglichkeit, es zu erkennen.
Sobald das JWST gestartet ist, sollte es jedoch in relativ kurzer Zeit in der Lage sein, ein DCBH zu erkennen, schrieben die Forscher. Das liegt daran, dass es viele schwarze Löcher gibt, die Forscher bereits aus dem etwas späteren Universum erkennen können, von dem sie vermuten, dass es sich um DCBHs handelt. Aber diese Schwarzen Löcher sind näher an der Erde, so dass die Signale, die die Menschheit jetzt von ihnen erkennen kann, später in ihrer Lebensspanne erzeugt wurden, als Beweise dafür, wie sie sich gebildet haben, verloren gegangen sind.
Es gibt eine Reihe offener Fragen zu DCBHs, die das JWST beantworten könnte, sagten die Forscher in einer Erklärung - beispielsweise, ob sich ein DCBH bildet und dann eine Galaxie um sich herum bildet oder ob sich DCBHs gebildet haben, nachdem sich die Materie um sie herum bereits verklumpt hatte zusammen zu Sternen.
"Dies ist eines der letzten großen Geheimnisse des frühen Universums", sagte Kirk Barrow, der Erstautor der Zeitung und kürzlich promovierter Absolvent der Georgia Tech School of Physics, in der Erklärung. "Wir hoffen, dass diese Studie einen guten Schritt darstellt, um herauszufinden, wie sich diese supermassiven Schwarzen Löcher bei der Geburt einer Galaxie gebildet haben."
