Astronomen entdecken Quasare in Rekord-Entfernung
Bereits 670 Millionen Jahre nach dem Urknall gab es Schwarze Löcher mit einer Masse von über einer Milliarde Sonnen. Das zeigen Beobachtungen eines internationalen Forschungsteams mit dem europäischen Weltraumteleskop Euklid. Die Wissenschaftler berichten im Fachblatt „Astronomy & Astrophysics“ über die Entdeckung von 31 neuen Quasaren im jungen Kosmos, von denen zwei mit 13,12 Milliarden Lichtjahren einen neuen Entfernungsrekord aufstellen. Aus der Beobachtung der weit entfernten Himmelsobjekte erhoffen sich die Astronomen Aufschluss darüber, wie so schnell nach dem Urknall derart massereiche Schwarze Löcher entstehen konnten.
„Diese frühen Quasare existieren bereits in der Kindheit des Universums“, erläutert Daming Yang von der Universität Leiden, der Hauptautor der Studie. „Indem wir solche Objekte entdecken und untersuchen, hoffen wir besser zu verstehen, wie diese gewaltigen Systeme entstanden und so schnell gewachsen sind. Denn das ist eines der größten Mysterien der Astrophysik.“
Die ersten Quasare wurden Anfang der 1960er Jahre entdeckt: Sehr helle, punktförmige Objekte, die jedoch keine Sterne sein konnten, da sie Millionen bis Milliarden von Lichtjahren von der Erde entfernt sind. Als „quasi-stellar“ bezeichneten Astronomen die Objekte daher zunächst, woraus schließlich die Bezeichnung „Quasare“ wurde. Quasare sind, wie Beobachtungen im Laufe von Jahrzehnen zeigten, hell leuchtende Zentren ferner Galaxien, angetrieben von supermassereichen Schwarzen Löchern.
Das mag zunächst paradox erscheinen, denn sollten Schwarze Löcher nicht schwarz sein, da kein Licht aus ihnen entkommen kann? Tatsächlich sind es auch nicht die Schwarzen Löcher selbst, die leuchten, sondern es ist die Materie, die aus der Umgebung in die Schwarzen Löcher hineinfällt. Diese Materie – vor allem Wasserstoff-Gas – sammelt sich zunächst in einer schnell rotierenden Scheibe um das Schwarze Loch, heizt sich dort enorm auf bis zu 100.000 Grad auf. Diese hell glühende Scheibe ist es, die das Schwarze Loch als leuchtendes, sternähnliches Objekt erscheinen lässt. Ein solcher Quasar leuchtet oft heller als seine ganze Galaxie.
Nahezu jede Galaxie enthält in ihrer Mitte ein Schwarzes Loch mit der millionen- oder gar mehrmilliardenfachen Masse unserer Sonne. Die meisten dieser Schwarzen Löcher sind jedoch „ruhig“, weil kaum noch Gas zu ihnen strömt. Im jungen Kosmos dagegen leuchten viele der Schwarzen Löcher als Quasare auf, weil noch viel Gas als Treibstoff zur Verfügung steht. Für die Astronomen wirft die Entdeckung von Quasaren in immer größeren Entfernungen die Frage auf, wie Schwarze Löcher in – astronomisch gesehen – kurzer Zeit von weniger als einer Milliarde Jahren entstehen konnten.
Das Weltraumteleskop Euklid soll den Astronomen dabei helfen, diese Frage zu beantworten. Das 2023 von der europäischen Weltraumorganisation ESA gestartete Instrument durchsucht 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt den Himmel nach Galaxien und Quasaren im jungen Kosmos. Teleskope sind gewissermaßen Zeitmaschinen: Wenn das Licht eines Quasars 13 Milliarden Jahre zur Erde benötigt, dann sehen die Astronomen es im Fernrohr so, wie es vor 13 Milliarden Jahren ausgesehen hat.
„Euklid ist ein echter Gamechanger“ begeistert sich Yang. „Früher konnten wir nur eine Handvoll der hellsten Quasare im jungen Kosmos auffinden. Mit Euklid können wir sehr effizient große Regionen des Himmels auch nach schwächeren Objekten absuchen. Euklid ist ein einzigartiges Werkzeug für die Jagd nach Quasaren.“ Euklid hat innerhalb eines Jahres bereits mehr Quasare im jungen Kosmos aufgespürt als alle anderen Teleskope zusammen in zehn Jahren.
Das Team hofft nicht nur auf weitere Entdeckungen von Quasaren in der Frühzeit des Kosmos. Beobachtungen mit weiteren Teleskopen sollen auch Aufschluss über die Entwicklung und Entstehung der supermassereichen Schwarzen Löcher geben. Erste Messungen zeigen bereits, dass einer der beiden Rekord-Quasare sich in einer Galaxie befindet, in der explosionsartig neue Sterne entstehen. Schritt für Schritt, so hoffen Yang und seine Kollegen, sollen diese und weitere Beobachtungen die Entwicklung der Schwarzen Löcher innerhalb der ersten Milliarde Jahren nach dem Urknall entschlüsseln.
Bildquelle: NASA, ESA, Joseph Olmsted (STScI)
