Was war zuerst da: die Galaxie oder das Schwarze Loch?

• JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES):
  • Aufnahme und Analyse eines Deep Field
    • lange Belichtung eines "leeren" Bereichs
    • → sehr weit entfernte Galaxien sichtbar
  • Beobachtung mit NIRCam (IR-Bilder) und NIRSpec (IR-Spektren)
  • Gesamtbild
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  • Vergleich HST/JWST
    • im sichtbaren Licht (Belichtung 65 h bzw. 10 h)
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    • weit entfernte Galaxie im IR
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  • typisches Spektrum
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    • Hα-Linie ist bei 656.5 nm, hier aber bei 3710 nm
    • → Rotverschiebung z = 4.65
    • → Beobachtung bei Universumsalter von 1.3 Mrd Jahre (heute: 13.7 Mrd Jahre)
  • etwa 5000 Objekte mit z = 0.6 .. 14
  • entfernteste Galaxie mit JWST (JADES-GS-z14-0, Anfang 2025)
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    • bei z = 14 → Universumsalter von 290 Mio Jahren
• Bestimmung von M_* und M_BH aus JADES-Daten:
  • Zusammenfassung vieler Daten
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    • blaue/gelbe Balken = erwarteter Bereich im lokalen Universum
    • rosa Dreiecke = lokale Daten
  • erste Analysen
    • besonders schwere Galaxien/BH, da besonders hell
    • liegen oberhalb der erwarteten Kurven (Vierecke und Kreuze)
    • → BHs sind zu schwer
    • könnte Streuung sein (wir sehen nur die sehr schweren/hellen)
  • Analyse sehr schwacher Galaxien
    • Auswahl geeigneter Quellen: 424 mit 3 < z < 5, 152 mit 5 < z < 7
    • Einzel-Spektren sehr schwach → stark verrauscht
    • Überlagerung der Spektren der beiden Gruppen, auch ein paar Untergruppen
    • liefert statistische Mittelwerte der Galaxien-Eigenschaften
    • im Diagramm Sterne (3 < z < 5) und Kreise (5 < z < 7)
    • liegen auch alle oberhalb der lokalen Verteilung
    • → BHs sind tatsächlich generell zu schwer
    • die älteren (Kreise) sind noch schwerer!
  • Entwicklung von Galaxien
    • bisherige Annahme: Bewegung nach rechts oben, BH und Sterne zusammen
    • JADES-Daten: direkt nach rechts
    • → erst ist das BL da, dann kommen die Sterne
  • Probleme
    • Wie können so früh schon so schwere BHs entstanden sein?
    • Wo kommen diese BHs her, wenn es noch nicht viele Sterne gibt?
• Direktkollaps-Schwarze-Löcher (DCBH):
  • theoretische Möglichkeit zur Entstehung eines BH
    • ohne Vorgänger-Stern
    • Massen von 1 Mio M_☉ möglich
  • Grundidee: direkter Kollaps von Gaswolken
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  • Problem
    • Gaswolke darf nicht in viele Einzelsterne zerfallen
    • Wärme bei der Kompression muss abgeführt werden
  • dazu
    • Wolke darf (fast) nur aus H und He bestehen
    • H₂-Moleküle müssen durch geeignete UV-Strahlung zerstört werden
  • Bedingungen möglicherweise erfüllt im frühen Universum und bei (frühen) Galaxien-Kollisionen
  • Entdeckung in JWST COSMOS-Web survey
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    • "Infinity galaxy", z = 1.14 (8 Mrd LJ entfernt)
    • Zusammenprall zweier Galaxien
    • weitere Beobachtungen im Radio- und Röntgen-Bereich
    • → zwei BHs in den Zentren, eins dazwischen (1 Mio M_☉)
    • bester Kandidat für DCBH bisher