Das Geheimnis der kosmischen Eule

Wie sind Galaxien entstanden? Warum haben sie so unterschiedliche Formen? Wie waren die Elemente im Universum verteilt? Diese Fragen helfen uns nicht nur, die Vergangenheit des Universums zu verstehen, sondern eröffnen auch Antworten auf viel größere Fragen, wie die Zukunft unserer eigenen Galaxie und die Möglichkeit, Leben auf anderen Welten zu finden. Unser wichtigstes Werkzeug zur Beantwortung dieser Fragen war in den letzten Jahren das James-Webb-Weltraumteleskop (JWST), das uns einen Blick in die Tiefen der Zeit ermöglicht.

Das JWST bietet die Möglichkeit, die ältesten Galaxien zu beobachten, ihre Entwicklung mit der heutigen zu vergleichen und die Sterntypen in diesen alten Galaxien zu untersuchen. Durch spektrale Beobachtungen von Tausenden von Galaxien beginnen wir zu verstehen, wie Elemente, die schwerer als Wasserstoff sind, entstanden sind und wie diese Entstehung die Entwicklung von Galaxien über Milliarden von Jahren geprägt hat.

Zwei unabhängige Studien, die letzten Monat veröffentlicht wurden, untersuchten eine auffällige Struktur, die durch die Kollision zweier Ringgalaxien entstanden ist. Jede Galaxie hat einen Durchmesser von etwa 26.000 Lichtjahren und befindet sich elf Milliarden Lichtjahre entfernt. Dieses System, das von einigen Forschern als „Kosmische Eule“, von anderen als „Unendliche Galaxie“ bezeichnet wird, ist praktisch eine kosmische Postkarte aus dem Universum.

Das COSMOS-Projekt (Cosmic Evolution Survey), eine umfassende Himmelsdurchmusterung mit Beobachtungen bei mehreren Wellenlängen, zielt darauf ab, die großräumige Struktur des Universums und die zeitliche Entwicklung von Galaxien zu verstehen. Es ist ein gewaltiges Unterfangen, an dem das Hubble-Weltraumteleskop sowie zahlreiche erd- und weltraumgestützte Teleskope mitwirken. Es liefert detaillierte Daten zu Millionen von Galaxien in einem Gebiet von der Größe dreier Vollmonde am Himmel. Das mit Beiträgen des JWST erstellte COSMOS-Web-Projekt hat die bislang tiefste und detaillierteste Infrarotbeobachtung dieses Gebiets durchgeführt. In dieser Fülle an Daten, innerhalb der COSMOS-Region, wurde das Cosmic-Owl-System entdeckt, das ein einzigartiges Fenster sowohl zu großräumigen Galaxienverschmelzungen als auch zu den Ursprüngen supermassereicher Schwarzer Löcher im frühen Universum bietet.

Kollidierende Galaxien und ein einzigartiges Labor

Beide Galaxien, die durch ihre Kollision die kosmische Eule bildeten, besitzen in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch. Diese Schwarzen Löcher, die als „aktive galaktische Kerne“ bezeichnet werden, weil sie die umgebende Materie gewaltsam verschlingen, leuchten wie Eulenaugen. Die atemberaubenden Beobachtungen des JWST, ergänzt durch Daten anderer leistungsstarker Teleskope wie dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) und dem Very Large Array (VLA), ermöglichen detaillierte Analysen.

Diese Kollision, die sich schätzungsweise vor etwa 38 Millionen Jahren ereignete, dürfte noch mehrere hundert Millionen Jahre andauern. Man entdeckte, dass das molekulare Gas, das sich in der eulenschnabelähnlichen Region verdichtete, aufgrund der durch die Kollision erzeugten Stoßwellen einen massiven Ausbruch der Sternentstehung auslöste. Zu diesem Prozess tragen jedoch nicht nur die Kollision selbst, sondern auch Radiojets bei, die von geladenen Teilchen erzeugt werden, die aus supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum der Galaxie ausgestoßen werden. Der Aufprall der Jets auf die molekulare Gaswolke verdichtet das bereits komprimierte Gas weiter und schafft eine riesige Sternentstehungsstätte, in der rasch neue Sterne entstehen. Die symmetrische Struktur in den eulenaugenähnlichen Regionen deutet auf eine Frontalkollision zweier Ringgalaxien von etwa gleicher Größe und Masse hin. Dies ist für Astronomen von großer Bedeutung, da in diesem einzigartigen System viele entscheidende Prozesse der Galaxienentwicklung gleichzeitig beobachtet werden können. Insbesondere der Stoß und die Kompression des Gases während der Kollision führen zu dessen Verdichtung in den Verschmelzungsregionen der Galaxien. Der Aufprall der Radiojets auf dieses dichte Gas verdichtet es weiter und löst so die Sternentstehung aus. Dieser kombinierte Effekt zeigt, wie stark Wechselwirkungen zwischen Galaxien bei der Sternentstehung sein können. Zudem offenbart er die Existenz eines bislang wenig verstandenen, aber äußerst effizienten Mechanismus, der die Umwandlung von Gas in Sterne ermöglicht.

DRITTES MONSTER

Je mehr wir dieses kosmische Eulensystem untersuchen, desto überraschender werden wir: die Möglichkeit eines dritten supermassereichen Schwarzen Lochs! Beide galaktischen Kerne sollen etwa hundert Milliarden Mal so groß sein wie die Masse der Sonne, d. h. in ihrem Zentrum befindet sich jeweils ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch. Das wahre Mysterium sind jedoch die starken Röntgen- und Radiosignale, die genau aus dem Zentrum dieser beiden Kerne ausgehen. Diese Signale deuten darauf hin, dass auch dort ein aktives Schwarzes Loch vorhanden ist. Wie also ist dieses dritte Schwarze Loch entstanden? Forscher ziehen drei Hauptszenarien in Betracht: Beim Hauptszenario des direkten Kollapses kollabieren massereiche Gaswolken, die sich nicht in Sterne verwandeln können, unter ihrer eigenen Schwerkraft nach innen und verwandeln sich direkt in supermassereiche Schwarze Löcher. Dabei wird das Gas zwischen den kollidierenden Galaxien geschockt, wodurch eine extrem dichte und turbulente Umgebung entsteht. Daten, die nicht nur vom JWST, sondern auch von erdgebundenen Teleskopen wie ALMA und dem Very Large Array (VLA) erhalten wurden, stützen dieses Szenario nachdrücklich. Sollte dieses Szenario zutreffen, könnte die kosmische Eule einen entscheidenden Hinweis darauf enthalten, wie die ersten supermassereichen Schwarzen Löcher im Universum entstanden sind. Dem zweiten Szenario zufolge, dem „Migrierenden Schwarzen Loch“, könnte dieses Schwarze Loch aus einer dritten Galaxie eingewandert sein. Anders ausgedrückt: Es könnte sich um ein „Migrierendes“ Schwarzes Loch handeln, das zuvor Teil einer anderen Galaxie war und bei einer Galaxienverschmelzung hierher gezogen wurde. Das letzte Szenario, das „Dezentrale Szenario“, sagt voraus, dass dieses supermassereiche Schwarze Loch, einst Teil einer der beiden Galaxien, in denen es sich heute befindet, durch heftige Wechselwirkungen zwischen den Galaxien aus seinem Zentrum gerissen und an seinen heutigen Standort gezogen wurde.

Während der direkte Kollaps derzeit das am besten untersuchte und wahrscheinlichste Szenario ist, ist die mysteriöse kosmische Eule nicht nur eine optisch beeindruckende Struktur, sondern auch ein einzigartiges natürliches Labor, das uns helfen könnte, die Entstehung supermassiver Schwarzer Löcher im frühen Universum und die Entwicklung von Galaxien zu verstehen. Sollte sich das Szenario des direkten Kollapses bestätigen, könnte diese Entdeckung einen wichtigen Schritt zur Entschlüsselung der Geheimnisse der ersten Schwarzen Löcher im Universum darstellen.