Die verwendete Technik nutzt die Tatsache, dass das Gas umso schneller rotiert, je näher es dem Schwarzen Loch ist. Durch die Analyse der Wasserstofflinien mit dem Spektrographen des JWST haben die Astronomen die Rotationskurve rekonstruiert. Dadurch konnte die Masse des Schwarzen Lochs auf etwa 50 Millionen Sonnenmassen geschätzt werden.
Parallel dazu wurde die Gesamtmasse der Sterne der Wirtsgalaxie auf weniger als 20 Millionen Sonnenmassen geschätzt. Das Schwarze Loch ist also mehr als doppelt so schwer wie seine Galaxie. Es ist das massereichste jemals beobachtete "nackte" Schwarze Loch, was darauf hindeutet, dass es gewachsen ist, bevor sich seine Galaxie gebildet hat.
Diese Beobachtung widerspricht dem Standardszenario, bei dem Schwarzes Loch und Galaxie gemeinsam wachsen. Das Schwarze Loch von QSO1 könnte durch den direkten Kollaps einer primordialen Gaswolke entstanden sein oder ein ursprüngliches Schwarzes Loch sein, das kurz nach dem Urknall entstanden ist. Die derzeitigen Daten erlauben keine Entscheidung.
Die Forscher planen, weitere "kleine rote Punkte" zu untersuchen, um zu sehen, ob dieses Phänomen allgemein ist. Diese Entdeckung bietet ein neues Fenster zur Entstehung der ersten supermassereichen Schwarzen Löcher des Universums und könnte erklären, wie sie so schnell so hohe Massen erreicht haben.
Gravitationslinseneffekt
Dieses Phänomen tritt auf, wenn ein massereiches Objekt, wie ein Galaxienhaufen, die Raumzeit um sich herum verformt. Das Licht einer weiter entfernten Quelle wird dann gebogen und verstärkt, als würde es durch eine Lupe gehen. Im Fall von QSO1 hat der Haufen Abell 2744 seine Helligkeit um das Sechsfache erhöht und sein Bild gestreckt. Dies ermöglichte es den Astronomen, winzige Details zu erkennen, die das Teleskop sonst nicht hätte sehen können. Der Gravitationslinseneffekt ist ein wertvolles natürliches Werkzeug zur Beobachtung der entferntesten Objekte des Universums.
Diese Technik ermöglicht es, sonst unzugängliche Regionen zu untersuchen. Durch die Kombination mehrerer verzerrter Bilder können die Forscher die Struktur der Quelle rekonstruieren. In dieser Studie war die Vergrößerung wesentlich, um die Rotation des Gases um das Schwarze Loch zu messen.
Ohne dieses Phänomen wäre die Auflösung des JWST nicht ausreichend gewesen, um die inneren Bewegungen von QSO1 zu unterscheiden.
Spektroastrometrie
Diese Methode ermöglicht die Messung sehr kleiner Verschiebungen in der Position einer Lichtquelle bei verschiedenen Wellenlängen. Wenn Gas um ein Schwarzes Loch rotiert, verschieben sich die Spektrallinien ins Rote oder Blaue, je nachdem, ob sich das Gas von uns entfernt oder uns nähert. Durch die Analyse dieser Verschiebungen im Bild kann man die Geschwindigkeit des Gases in verschiedenen Abständen vom Zentrum kartieren.
Die Spektroastrometrie erweitert die Auflösungsgrenzen von Teleskopen. Sie hat hier ermöglicht, die Rotationskurve des Gases zu rekonstruieren.
Nur ein Modell mit einem sehr massereichen Schwarzen Loch stimmte mit den Beobachtungen überein. Diese Technik lieferte somit die erste direkte Messung der Masse eines Schwarzen Lochs in einem "kleinen roten Punkt". Sie ebnet den Weg für weitere ähnliche Studien im frühen Universum.