Das James-Webb-Teleskop entdeckt seit Jahren rote Punkte im Universum: Das Problem ist, dass sich niemand darauf einigen kann, was sie sind

Was unser modernstes Weltraumteleskop kurz nach Beginn von Raum und Zeit sieht, sorgt für Staunen und Grübeln in der Wissenschaft. (Bildquelle: NASA und Adobe Firefly, generative KI)

Stellt euch vor, ihr steht in der Tür zu einem lichtlosen Raum. Mit geschlossenen Augen tretet ihr ein, hinter euch fällt die Tür ins Schloss. Als ihr die Lider aufschlagt, sticht euch aus dem Nichts rotes Licht ins Gesicht– ihr seid eingekreist von ihm.

Ungefähr so geht es dem James Webb Space Telescope (JWST), wenn es in die entfernte Vergangenheit des Universums blickt. Auf etlichen seiner Aufnahmen tummeln sich rötlich leuchtende Objekte. Die Fachwelt nennt sie wenig kreativ »kleine rote Punkte« (LRDs, vom englischen Namen: little red dots).

Vor dem Start vom JWST im Jahr 2022 gab es für uns keine Möglichkeit, die Punkte wahrzunehmen. Erst dieses Teleskop vermag sie mit seiner extremen Empfindlichkeit für infrarotes Licht aufzuzeichnen. Doch für die Wissenschaft stellen sie gleich ein doppeltes Rätsel dar: Was sind sie und weshalb verschwinden sie nahezu spurlos ab einem bestimmten Zeitpunkt?

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Uralter Schwarm, der Forscher rätseln lässt

Die kleinen roten Punkte stellen eines der zentralen Mysterien der modernen Weltraumforschung dar. Ihr Licht ist stets zwölf bis 13 Milliarden Jahre unterwegs. Es brach auf, als das Universum erst 0,6 bis 1,6 Milliarden Jahre alt war.

Ein Rätsel also aus einer uralten Epoche: Sie stechen durch Isoliertheit, Größe und Leuchtkraft heraus. Das Erscheinungsbild der LRDs passt weder zu einem klassischen schwarzen Loch, noch zu einer Galaxie, geschweige denn zu einem einzelnen Stern mitsamt System. Wir haben hier also eindeutig eine komplett neuartige Klasse von Objekten vor uns.

Die mehr als 1.000 bereits bekannten Gebilde weisen einen Durchmesser von etwa 150 bis 500 Lichtjahren auf – nur ein winziger Bruchteil von Galaxien, die meist zehntausende Lichtjahre und mehr messen. Allerdings existieren sie ähnlich wie letztere einzeln und klar voneinander abgrenzbar.

Bei genauem Hinsehen schälen sich sogar Details heraus. Dominiert zwar optisch der kugelartige rote Umriss, sitzt in der Mitte ein erkennbarer gelb-weißer Kern. Aus ihm bricht ein Großteil des Lichts hervor. Seine Leuchtkraft übertrifft bisher gemessene Werte für Objekte dieser Größe.

All das widerspricht Erwartungen, die wir aus gängigen Modellen der Astrophysik ableiten. Ihre rötliche Einfärbung geschieht wahrscheinlich durch zwei voneinander unabhängige Effekte:

• Alter, Entfernung und damit einhergehende Rotverschiebung: Objekte, die relativ kurz nach dem Urknall entstanden, haben sich seitdem durch die stete Ausdehnung des Kosmos von uns wegbewegt. Je älter das Licht, desto stärker die Rotverschiebung durch den sogenannten Doppler-Effekt.
• Staub: Gas um die zentral strahlende Region filtert kürzere Wellenlängen heraus und lässt vor allem energieärmeres Licht hindurch. Wir dürfen also davon ausgehen, dass, was auch immer dort Licht aussendet, eher rötlich als blau aussähe – selbst wenn es neben dem Sonnensystem stünde.

Vier Theorien zu LDRs, eine Gemeinsamkeit

Derzeit diskutiert die Forschungsgemeinschaft vorrangig über vier verschiedene Theorien. Sie alle liefern denkbare Erklärungsansätze. Eine Konstante findet sich indes: Supermassive Schwarze Löcher (SMBHs), wie man sie im Zentrum heutiger Galaxien findet. Die kleinen roten Punkte könnten erklären: Wie schwellen SMBHs zu den gemessenen Massen an?

Abseits davon bewies uns aber das JWST auch bei kosmisch alltäglichen Objekten sein Können, wie wir euch vor einiger Zeit zusammenstellten – quasi ein Best-of der ersten Dienstmonate des Teleskops.

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Die vier Theorien zur Erklärung der roten Punkte

Supermassive primordiale Sterne

Sterne, millionenfach schwerer als unsere Sonne. Solche Giganten kennt unsere Zeit nicht mehr, da nicht genügend Materie auf ausreichend engem Raum zur Verfügung steht. Dazu bestehen sie aus nahezu reinem Wasserstoff und würden kaum Verunreinigungen durch schwere Atome aufweisen.

Letztere entstehen erst durch Fusionsprozesse in Sternen. Demnach sehen wir also aufgeblähte Hyperriesen, die vielleicht später zu den ersten SMBHs zusammenfallen (via arxiv).

Was bedeutet primordial? Der Begriff steht für ursprünglich oder uranfänglich. In der Astronomie begleitet der Begriff alles, was auf die Entstehungsphase des Universums zurückgeht. Allerdings kann er auch im Kontext der frühen Erde auftauchen. Kurzum: Es beschreibt stets Sachverhalte, die so alt sind, dass sie sich jeder menschlich greifbaren Zeitrechnung entziehen und die heute nicht mehr vorkommen.

Junge Supermassive Schwarze Löcher (SMBHs)

Die kleinen roten Punkte könnten Baby-SMBHs sein. Sie sitzen als Mini-Versionen wie Insektenlarven im Zentrum dichter Kokon-Gaswolken, die sich über Hunderte Lichtjahre erstrecken. Über Jahrmilliarden verschlingen sie das Gas und wachsen zu Monstren heran (via nature).

Schwarzloch-Sterne oder Quasi-Sterne

Ein riesiger Gasball, der die Ausmaße des Sonnensystems überschreiten würde. Er wäre aber deutlich kleiner als der obige Kokon für die SMBHs.

Seine rohe Energie rührt derweil von einem anderen Mechanismus her: Die Materie im Zentrum bei dem schwarzen Loch beschleunigt im Sog der Gravitation extrem. Hierbei erhitzt sie sich und bringt von innen die gewaltige Gaswolke zum Kochen. Das dabei entstehende Plasma sendet Licht aus, weshalb dieser neuartige Stern auch ohne klassischen Fusionskern ähnlich aussieht (via Penn State).

Direkte-Kollaps-Schwarze-Löcher

Hier nehmen die SMBHs eine Abkürzung und umgehen die Phase als Stern einfach. Eine Wasserstoffgaswolke kollabiert direkt zu einem schwarzen Loch, das 10.000 bis 1 Million Sonnenmassen in sich einschließt.

Der Unterschied zu These 1 findet sich in der Größe des SMBHs im Zentrum. Bei Ersterer steht es noch vor einer Phase extremen Wachstums durch Aufzehren der Gaswolke. Hier schaltet die Gravitation regelrecht den Turbo ein. Wie ein gewaltiger Strudel reißt sie alle Materie über Hunderte Lichtjahre hinweg urplötzlich zu einem Punkt. Danach verschlingt es weiter Gas, aber startet eben schon als Gigant (via arxiv).

Das Verschwinden der kleinen roten Punkte

Etwa ab 1,5 Milliarden Jahre nach dem Urknall schwindet der Lichtschein der kleinen roten Punkte. Drei von vier Theorien teilen sich eine Erklärung für ihr Verglimmen. Ein Großteil der Materie, die potenziell mit dem SMBH interagieren konnte, erlag ihrem Schicksal. Sie ist ins schwarze Loch gesogen worden.

Einzige Ausnahme, These 1: Bei den supermassiven primordialen Sternen folge nach der These nicht mal eine sterntypische Supernova – sie wögen dafür zu viel. Stattdessen würden sie ohne Umweg zu einem SMBh zusammen fallen. Dabei umschlössen sie nahezu die gesamte ehemalige Sternmasse. Deshalb stünde dem neugeborenen schwarzen Loch nur wenig bis nichts zum weiteren Wachstum zur Verfügung. So erklärt sich nach dieser Theorie sein nahezu vollständiges Verschwinden als Lichtquelle (via arxiv).

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Klarheit durch weitere Beobachtungen

Wie so oft in der Forschung gilt es jetzt vor allem abzuwarten. Denn Antworten und dann eventuell auch einen vorläufigen Konsens erwarten sich die Wissenschaftler durch neue Daten, die das JWST in den kommenden ein bis zwei Jahren sammelt.

Eines steht aber schon jetzt fest: Das James-Webb-Teleskop späht noch mindestens 16 weitere Jahre in die entfernteste Vergangenheit. Sein Dienst und wahrscheinlich auch seine Errungenschaften stehen erst am Anfang – übertreffen dabei aber schon heute alle Erwartungen.