MoM-BH*-1 könnte ein Schwarzes Loch im Sternenmantel sein

So könnte das Modell des „Schwarzen-Loch-Sterns“ aussehen

Nach dem derzeitigen Modell verschlingt ein Schwarzes Loch mit etwa 100.000 Sonnenmassen große Mengen an umgebender Materie. Das einfallende Gas setzt Gravitationsenergie frei und erhitzt die dichte Hülle. Diese bildet eine sternähnliche „Pseudo-Photosphäre“, sodass das gesamte System wie ein kompakter, leuchtend roter Stern erscheint – obwohl nicht Kernfusion, sondern Akkretion die Energiequelle ist.

Modelle, die ein wachsendes Schwarzes Loch mit einer dichten Wasserstoffhülle kombinieren, geben Helligkeit und Farbe von MoM-BH*-1 besser wieder als eine einfache Erklärung durch einen Stern. Die Gashülle könnte sich dabei über Entfernungen in der Größenordnung unseres Sonnensystems erstrecken; ihre genaue Struktur hängt jedoch vom jeweiligen Modell ab.

Die rote Farbe muss außerdem nicht durch Staub entstehen. Strahlung aus der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs kann vom umgebenden Gas absorbiert, gestreut und erneut ausgesendet werden. Dadurch verschiebt sich ein Teil des entweichenden Lichts zu längeren, röteren Wellenlängen.

Eine mögliche Erklärung für JWSTs „little red dots“

Das JWST hat im frühen Universum zahlreiche kleine, rote und leuchtende Quellen entdeckt, die meist als „little red dots“ – also „kleine rote Punkte“ – bezeichnet werden. Ihr kompaktes Erscheinungsbild und ihre ungewöhnlichen Spektren machen ihre Natur bislang schwer bestimmbar. MoM-BH*-1 ist besonders interessant, weil die vermutete Emission des Schwarzen Lochs das Licht der Wirtsgalaxie dominieren könnte. Dadurch lässt sich der zugrunde liegende Mechanismus leichter untersuchen.

Falls auch in weniger isolierten Systemen eine solche von Gas umhüllte Akkretion stattfindet, könnten viele schwächere „little red dots“ verwandte Objekte in jungen Galaxien sein. Sie wären dann keine einheitliche Population gewöhnlicher Sterne, sondern möglicherweise rasch wachsende Schwarze Löcher, deren dichte Gaskokons sie in Infrarotaufnahmen sternähnlich erscheinen lassen.

Das wäre auch für die Frage wichtig, wie bereits kurz nach dem Urknall sehr massereiche Schwarze Löcher entstehen konnten. Eine dichte Hülle könnte einem anfänglichen Schwarzen Loch eine besonders schnelle Akkretion ermöglichen. MoM-BH*-1 allein erklärt jedoch nicht die vollständige Entwicklung der späteren supermassereichen Schwarzen Löcher.

Warum kaum Röntgenstrahlung zu sehen sein könnte

Ein relativ unbedecktes, Materie akkumulierendes Schwarzes Loch sollte normalerweise starke hochenergetische Strahlung aussenden. Eine dicke Gashülle verändert jedoch, was aus dem System entkommen kann. Röntgenstrahlung, die nahe am Schwarzen Loch entsteht, kann im Inneren der Hülle absorbiert oder vielfach gestreut werden. Ein Teil ihrer Energie wird dabei in ultraviolette und infrarote Strahlung niedrigerer Energie umgewandelt.

Das liefert eine plausible Erklärung dafür, warum MoM-BH*-1 und ähnliche „little red dots“ in den Infrarotbeobachtungen des JWST hell erscheinen, im Röntgenbereich aber schwach oder gar nicht nachweisbar sind. Es handelt sich allerdings um eine mit Modellen umhüllter Schwarzer Löcher vereinbare Interpretation – nicht um eine direkte Messung, die zeigt, dass jedes fehlende Röntgenphoton auf diese Weise umgewandelt wurde.

Warum die Bezeichnung noch nicht bestätigt ist

Die These beruht auf indirekten Hinweisen. JWST hat das Licht der Quelle gemessen, aber kein Schwarzes Loch direkt in einer Gashülle abgebildet. Außerdem enthält das derzeitige Spektrum kein einzelnes Merkmal, das alle alternativen Erklärungen eindeutig ausschließt.

Andere Szenarien – etwa Kombinationen aus einer kompakten Galaxie, ungewöhnlichem Gas, Staub, speziellen Sternpopulationen und verdeckter Aktivität eines Schwarzen Lochs – müssen weiterhin mit den Beobachtungen verglichen werden. Das vorhandene Material macht das Modell des „Schwarzen-Loch-Sterns“ zu einem starken Kandidaten. „Beste Erklärung“ bedeutet aber noch keine endgültige Identifizierung.

Weitere JWST-Beobachtungen könnten nach vorhergesagten Spektrallinien suchen, Dichte und Zusammensetzung des Gases genauer bestimmen, die Größe der Quelle vermessen und nach Helligkeitsschwankungen suchen. Außerdem ließe sich MoM-BH*-1 mit einer größeren Stichprobe der „little red dots“ vergleichen. So könnte sich zeigen, ob es sich um ein seltenes Übergangsobjekt oder um ein Beispiel für eine größere Population gasumhüllter Schwarzer Löcher am kosmischen Beginn handelt.

Das Wichtigste in Kürze

MoM-BH*-1 lässt sich derzeit am besten als Kandidat für einen „Schwarzen-Loch-Stern“ verstehen: ein etwa 100.000 Sonnenmassen schweres, rasch wachsendes Schwarzes Loch, dessen dichte Wasserstoffhülle es wie einen riesigen roten Stern erscheinen lässt. Die extreme Helligkeit und die ungewöhnlichen Balmer-Merkmale sprechen für dieses Szenario. Die Gashülle könnte zudem die rote Farbe und das schwache Röntgensignal erklären. Bestätigt ist die Interpretation jedoch noch nicht – bislang handelt es sich um eine modellgestützte Schlussfolgerung und nicht um eine neue, gesicherte Klasse von Himmelskörpern.