3. Juli 2023:  JWST idetifiziert die frühesten Stränge de kosmischen Netzes

Galaxien sind nicht zufällig über das Universum verstreut.
Sie versammeln sich nicht nur zu Clustern, sondern auch zu riesigen, miteinander verbundenen fadenförmigen Strukturen mit gigantischen,
kahlen Hohlräumen dazwischen.
Dieses „kosmische Netz“ war zunächst dünn und wurde mit der Zeit deutlicher, als die Schwerkraft die Materie zusammenzog.

Astronomen haben mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA eine fadenförmige Anordnung von zehn Galaxien entdeckt,
die nur 830 Millionen Jahre nach dem Urknall existierte. Die 3 Millionen Lichtjahre lange Struktur wird von einem leuchtenden Quasar verankert,
einer Galaxie mit einem aktiven, supermassereichen Schwarzen Loch in ihrem Kern.
Das Team geht davon aus, dass sich das Filament schließlich zu einem massiven Galaxienhaufen entwickeln wird,
ähnlich dem bekannten Coma-Haufen im nahen Universum.


Bild: NASA

Dieses tiefe Galaxienfeld von Webbs NIRCam (Near-Infrared Camera) zeigt eine Anordnung von zehn entfernten Galaxien,
die durch acht weiße Kreise in einer diagonalen, fadenförmigen Linie markiert sind. (Zwei der Kreise enthalten mehr als eine Galaxie.)
Dieses 3 Millionen Lichtjahre lange Filament wird von einem sehr weit entfernten und leuchtenden Quasar verankert,
einer Galaxie mit einem aktiven, supermassiven Schwarzen Loch in seinem Kern.
Der Quasar mit der Bezeichnung J0305-3150 erscheint in der Mitte des Clusters aus drei Kreisen auf der rechten Seite des Bildes.
Seine Helligkeit übertrifft die seiner Muttergalaxie. Die 10 markierten Galaxien existierten nur 830 Millionen Jahre nach dem Urknall.
Das Team geht davon aus, dass sich das Filament schließlich zu einem massiven Galaxienhaufen entwickeln wird.


„Ich war überrascht, wie lang und schmal dieses Filament ist“, sagte Teammitglied Xiaohui Fan von der University of Arizona in Tucson.
„Ich hatte erwartet, etwas zu finden, aber eine so lange, ausgesprochen dünne Struktur hatte ich nicht erwartet.“

„Dies ist eine der frühesten Filamentstrukturen, die Menschen jemals im Zusammenhang mit einem fernen Quasar gefunden haben“,
fügte Feige Wang von der University of Arizona in Tucson, der Hauptforscher dieses Programms, hinzu.

Diese Entdeckung stammt aus dem ASPIRE-Projekt (A SPectrscopic Survey of Biased Halos In the Reionization Era),
dessen Hauptziel die Untersuchung der kosmischen Umgebung der frühesten Schwarzen Löcher ist.
Insgesamt wird das Programm 25 Quasare beobachten, die innerhalb der ersten Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten,
einer Zeit, die als Epoche der Reionisierung bekannt ist.

„Die letzten zwei Jahrzehnte der kosmologischen Forschung haben uns ein fundiertes Verständnis darüber vermittelt,
wie sich das kosmische Netz bildet und entwickelt.
„ASPIRE zielt darauf ab, zu verstehen, wie wir die Entstehung der frühesten massiven Schwarzen Löcher in unsere aktuelle Geschichte
der Entstehung der kosmischen Struktur einbeziehen können“, erklärte Teammitglied Joseph Hennawi von der University of California, Santa Barbara.



Bild: NASA


Wachsende Monster

Ein weiterer Teil der Studie untersucht die Eigenschaften von acht Quasaren im jungen Universum.
Das Team bestätigte, dass ihre zentralen Schwarzen Löcher, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten,
eine Masse von 600 Millionen bis 2 Milliarden Mal der Masse unserer Sonne haben. Astronomen suchen weiterhin nach Beweisen,
um zu erklären, wie diese Schwarzen Löcher so schnell so groß werden konnten.

„Um diese supermassiven Schwarzen Löcher in so kurzer Zeit zu bilden, müssen zwei Kriterien erfüllt sein.
Zunächst müssen Sie mit dem Wachstum aus einem riesigen „Samen“-Schwarzen Loch beginnen.
Zweitens muss dieser Samen, selbst wenn er mit einer Masse beginnt, die tausend Sonnen entspricht,
im Laufe seiner gesamten Lebensdauer immer noch eine Million Mal mehr Materie mit der maximal möglichen Geschwindigkeit ansammeln“, erklärte Wang.

„Diese beispiellosen Beobachtungen liefern wichtige Hinweise darauf, wie Schwarze Löcher zusammengesetzt sind.
„Wir haben herausgefunden, dass sich diese Schwarzen Löcher in massereichen jungen Galaxien befinden,
die das Treibstoffreservoir für ihr Wachstum darstellen“, sagte Jinyi Yang von der University of Arizona,
die mit ASPIRE die Erforschung von Schwarzen Löchern leitet.

Webb lieferte auch den bisher besten Beweis dafür, wie frühe supermassereiche Schwarze Löcher möglicherweise die Sternentstehung in ihren Galaxien regulieren.
Während supermassereiche Schwarze Löcher Materie ansammeln, können sie auch enorme Materialausflüsse bewirken.
Diese Winde können im galaktischen Maßstab weit über das Schwarze Loch selbst hinausreichen und einen erheblichen Einfluss auf die Sternentstehung haben.

„Starke Winde von Schwarzen Löchern können die Sternentstehung in der Wirtsgalaxie unterdrücken.
„Solche Winde wurden im nahen Universum beobachtet, in der Epoche der Reionisierung jedoch nie direkt“, sagte Yang.
„Das Ausmaß des Windes hängt mit der Struktur des Quasars zusammen.
In den Webb-Beobachtungen sehen wir, dass solche Winde im frühen Universum existierten.“

Diese Ergebnisse wurden am 29. Juni in zwei Artikeln in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.