Die NASA bereitet den Start des römischen Weltraumteleskops Nancy Grace vor. Der Starttermin ist für August festgelegt. 30, 2026. Aber für die kosmische Geschichte könnte sich der Zeitpunkt etwas spät anfühlen. Bis dahin wird das Teleskop die Möglichkeit haben, auf eine gewalttätige Ära zurückzublicken, die als „kosmischer Mittag“ bekannt ist.
Das war vor 11 bis 12 Milliarden Jahren. Eine chaotische Zeit. Eine chaotische Zeit.
Und genau zu diesem Zeitpunkt rissen Schwarze Löcher Sterne auseinander. Diese Ereignisse werden als Gezeitenstörungsereignisse oder TDEs bezeichnet. Sie sind der Schlüssel zur Lösung eines der größten Probleme der Astronomie: Wie konnten Schwarze Löcher so schnell so groß werden?
TDEs erklären die fehlende Mitte
Lassen Sie uns die Mechanik klarstellen. Wenn ein Stern einem supermassiven Schwarzen Loch zu nahe kommt, gewinnt die Schwerkraft. Das Schwarze Loch streckt den Stern in die Länge. Es wird oft als „Spaghettifizierung“ bezeichnet. Der Stern wird zerfetzt. Plasmawirbel. Das Schwarze Loch frisst.
Es ist chaotisch. Es ist hell. Und es ist die einzige Möglichkeit, leichtere Schwarze Löcher zu sehen.
Supermassive Schwarze Löcher verstecken sich normalerweise hinter Ereignishorizonten. Licht kann nicht entkommen. Sie können sie nicht sehen, es sei denn, sie essen. Und nicht alle Schwarzen Löcher sind hungrig.
Die leichteren – diejenigen, die zwischen dem 100.000- und 100-Millionen-fachen der Masse unserer Sonne haben – sind wählerisch. Sie verschlingen nicht ständig Materie. Sie gehen in den Ruhezustand. Bis ein Star einen Fehler macht.
Hier kommen TDEs ins Spiel. Sie blinken hell genug, um die gesamte Wirtsgalaxie zu überstrahlen. Sie schalten das Licht für Schwarze Löcher ein, die sonst dunkel bleiben würden.
Aber hier ist das Rätsel. Frühere wissenschaftliche Erkenntnisse legten nahe, dass TDEs im frühen Universum selten waren. Warum? Denn frühe Schwarze Löcher galten als zu klein, um Sterne zu zerfetzen. Zu klein bedeutet keine Gezeitenstörung. Keine TDEs.
Neue Daten widersprechen. Eine aktuelle Studie legt nahe, dass TDEs während der kosmischen Mittagszeit häufig aufgetreten sein könnten. Konkret 1 bis 2 Milliarden Jahre nach dem Urknall.
Romans Umfragestrategie
Betreten Sie das römische Weltraumteleskop.
Es ist nicht nur ein weiterer Hubble-Nachfolger. Es ist ein Spezialwerkzeug. Seine Zeitbereichsdurchmusterung in hohen Breitengraden wird wiederholt auf Himmelsflecken starren. Die von ihm bedeckte Fläche entspricht 90 Vollmonden.
Wiederholt.
Warum die Ansicht wiederholen? Weil Vergänglichkeiten – Ereignisse, die aufflackern und verblassen – flüchtig sind. Roman muss sie beim Umziehen erwischen.
Wissenschaftler schätzen, dass Roman jedes Jahr Tausende von TDEs entdecken wird. Und nicht nur in der Nähe. Hunderte davon werden auf den kosmischen Mittag zurückgehen.
„Das römische Weltraumteleskop wird für die [transiente Wissenschaft] einen Wandel bedeuten“, sagte Mitchell Karmen. „Wir können mehrere Gezeitenstörungsereignisse in [größeren Entfernungen und] früheren kosmischen Zeiten als je zuvor feststellen.“
Er kommt von der Johns Hopkins University. Er weiß, wovon er spricht.
Das ist wichtig. Es geht nicht nur darum, Ereignisse zu zählen. Es geht darum, die richtigen zu zählen.
Das Rätsel um das Wachstum des Schwarzen Lochs lösen
Das James-Webb-Weltraumteleskop sendet seit Juli 2022 Daten zurück. Was dabei herausgefunden wird, ist problematisch.
JWST entdeckt immer wieder supermassereiche Schwarze Löcher, als das Universum weniger als 1 Milliarde Jahre alt war.
Denken Sie über diesen Zeitplan nach. Eine Milliarde Jahre. Das ist es. Damit Schwarze Löcher diese Massen – Millionen oder Milliarden Sonnen – erreichen, brauchen sie Zeit. Sie brauchen Fusionen. Sie brauchen Nahrung. Eine Milliarde Jahre ist nach Standardmodellen nicht genug Zeit.
Es sei denn… die Samen wären anders.
Es gibt zwei Haupttheorien darüber, wie diese Monster entstanden sind.
Die Lichtsamen-Theorie
Dies ist das Sternkollapsmodell. Massereiche Sterne sterben. Sie kollabieren zu kleinen Schwarzen Löchern. Diese beginnen bereits bei wenigen hundert Sonnenmassen.
Dann essen sie. Sie verschmelzen. Sie wachsen schnell. Aber sie fangen klein an.
Wenn das wahr ist, müsste das frühe Universum voller Schwarzer Löcher mittlerer Masse sein. Und wenn sie mittelschwer sind, sollten sie TDEs produzieren.
Die Heavy-Seed-Theorie
Dieser ist direkter. Keine Sterne erforderlich. Nur riesige Wolken aus Urgas und Staub, die direkt zu Schwarzen Löchern kollabieren.
Diese fangen groß an. Vielleicht Tausende von Sonnenmassen. Sie überspringen die kleine Phase. Sie wachsen aus dem Sprung.
Aber dieser Prozess ist selten. Es erfordert spezifische, dichte Bedingungen. Wenn schwere Samen die Regel sind, dürften mittlere Schwarze Löcher – und ihre TDEs – während der kosmischen Mittagszeit selten sein.
Wie wählen Sie also aus?
Sie zählen die TDEs.
Wenn Roman in dieser Epoche Tausende von Gezeitenstörungen entdeckt, deutet dies auf leichte Samen hin. Schwarze Löcher kamen häufig vor, sie wuchsen aus Sternresten und zerfetzten Sterne.
Wenn die Anzahl niedrig ist? Dann sind schwere Samen wahrscheinlich der primäre Weg. Die Schwarzen Löcher entstanden durch direkten Kollaps und hinterließen nur wenige Zwischenobjekte, die Störungen verursachten.
Die Jagd beginnt
Roman wird diese Theorien nicht nur bestätigen. Es wird sie verfeinern.
Die hohe Empfindlichkeit des Teleskops ermöglicht es ihm, schwache, entfernte Flares zu erkennen. Ausbrüche, die Hubble oder sogar JWST möglicherweise übersehen. Es geht um die Jagd nach den Geistern früher Galaxien.
Und es geht darum, sie effizient zu jagen.
Während des kosmischen Mittags ist der Himmel überfüllt. Galaxien verschmelzen. Gas strömt. Es ist ein turbulentes Umfeld. Schwarze Löcher sind aktiv. Sterne fallen herein.
Roman wird direkt in das Chaos schauen.
Wird es die Lichtsamen finden? Oder werden die schweren Samen sich behaupten? Die Daten werden es zeigen.
Und es wird dies tun, indem es zusieht, wie der Himmel auseinanderbricht. Wieder. Und noch einmal. Und noch einmal.
