Mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der ESO haben Astronomen sechs Galaxien gefunden, die sich um ein supermassives Schwarzes Loch herumbewegten, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Die Galaxien befinden sich in einer Art von kosmischem “Spinnennetz” aus Gas, das sich über ein Gebiet mit der 300-fachen Größe der Milchstraße erstreckt. “Die Filamente des kosmischen Netzes sind wie Spinnennetzfäden”, erklärt Marco Mignoli, Astronom am Nationalen Institut für Astrophysik (INAF) in Bologna, Italien, und Hauptautor der neuen Forschung, die heute in Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wurde. “Die Galaxien wachsen dort, wo sich die Filamente kreuzen, und Gasströme – die sowohl den Galaxien als auch dem zentralen supermassiven Schwarzen Loch als Brennstoff zur Verfügung stehen – können entlang der Filamente fließen.”

Das Licht dieser großen netzartigen Struktur mit seinem Schwarzen Loch von einer Milliarde Sonnenmassen hat sich auf die Reise zu uns gemacht, als das Universum erst 900 Millionen Jahre alt war. “Mit unserer Arbeit haben wir ein wichtiges Teil in dem weitgehend unvollständigen Puzzle platziert, das die Entstehung und das Wachstum solch extremer, aber reichlich vorhandener Objekte so schnell nach dem Urknall ist”, sagt Co-Autor Roberto Gilli, ebenfalls Astronom am INAF in Bologna, der sich dabei auf supermassive Schwarze Löcher bezieht.

Die allerersten Schwarzen Löcher, von denen man annimmt, dass sie durch den Kollaps der ersten Sterne entstanden sind, müssen sehr schnell gewachsen sein, um innerhalb der ersten 900 Millionen Jahre Massen von einer Milliarde Sonnen zu erreichen. Aber die Astronomen haben sich schwer damit getan, zu erklären, wie ausreichend große Mengen an “Schwarzes-Loch-Brennstoff” verfügbar gewesen sein könnten, damit diese Objekte in so kurzer Zeit zu solch enormen Größen heranwachsen konnten. Die neu gefundene Struktur bietet eine wahrscheinliche Erklärung: Das “Spinnennetz” und die Galaxien darin enthalten genügend Gas, um den Brennstoff zu liefern, den das zentrale Schwarze Loch braucht, um schnell zu einem supermassiven Riesen zu werden.

Aber wie sind solche großen netzartigen Strukturen überhaupt entstanden? Astronomen halten riesige Halos aus mysteriöser dunkler Materie für den Schlüssel. Man nimmt an, dass diese großen Regionen unsichtbarer Materie im frühen Universum riesige Mengen von Gas anzogen. Gemeinsam bilden das Gas und die unsichtbare dunkle Materie die netzartigen Strukturen, in denen sich Galaxien und Schwarze Löcher entwickeln können.

“Unsere Ergebnisse unterstützen die Idee, dass die am weitesten entfernten und massereichsten Schwarzen Löcher in Halos aus massiver Dunkler Materie in großräumigen Strukturen entstehen und wachsen, und dass das Fehlen früherer Nachweise solcher Strukturen wahrscheinlich auf Beobachtungsbeschränkungen zurückzuführen ist”, sagt Colin Norman von der Johns Hopkins University in Baltimore, USA, der ebenfalls an der Studie mitgearbeitet hat.

Die jetzt entdeckten Galaxien gehören zu den schwächsten, die heutige Teleskope beobachten können. Diese Entdeckung erforderte mehrstündige Beobachtungen mit den größten verfügbaren optischen Teleskopen, darunter dem VLT der ESO. Mit den Instrumenten MUSE und FORS2 auf dem VLT im Paranal-Observatorium der ESO in der chilenischen Atacama-Wüste bestätigte das Team die Verbindung zwischen vier der sechs Galaxien und dem Schwarzen Loch. “Wir glauben, dass wir gerade die Spitze des Eisbergs gesehen haben, und dass die wenigen Galaxien, die bisher um dieses supermassive Schwarze Loch herum entdeckt wurden, nur die hellsten sind”, sagte Co-Autorin Barbara Balmaverde, Astronomin am INAF in Turin, Italien.

Diese Ergebnisse tragen zu unserem Verständnis darüber bei, wie supermassive Schwarze Löcher und große kosmische Strukturen entstanden und sich entwickelt haben. Das derzeit in Chile im Bau befindliche Extremely Large Telescope der ESO wird auf dieser Forschung aufbauen können, indem es mit seinen leistungsstarken Instrumenten noch viel mehr schwächere Galaxien um massereiche Schwarze Löcher im frühen Universum beobachten kann.