Als das Universum noch staubfrei war

22. März 2010, 16:21
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Objekte SDSS J0005-0006 und SDSS J030-0019 bestätigen Theorien über Quasarentwicklung

Heidelberg - Heute haben sie 12,7 Milliarden Jahre auf dem Buckel - denn genausoviele Lichtjahre sind sie entfernt -, doch die Informationen, die wir nun über sie empfangen, stammen noch aus ihrer Babyphase: Astronomen haben zwei Schwarze Löcher aufgespürt, die ein Bild von ihrem extrem frühen Entwicklungsstadium vermitteln. Entstanden sind sie weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall. Die Existenz solcher urtümlichen Schwarzen Löcher war lange vermutet worden, aber erst jetzt konnten sie - oder genauer gesagt: die aktiven Galaxienkerne, für deren extrem helles Leuchten sie verantwortlich sind - tatsächlich beobachtet werden. Diese Beobachtung bestätigt bisherige Theorien über die Entwicklung von Quasaren.

Quasare sind die Zentralregionen von Galaxien, die aktive Schwarze Löcher beherbergen. Solche Schwarzen Löcher besitzen Akkretionsscheiben: hell leuchtende Scheiben aus Gas und Staub, deren Materie auf Spiralbahnen auf das Schwarze Loch zuläuft, bevor sie darin verschwindet. Solche Scheiben gehören zu den hellsten Objekten im ganzen Universum. Quasare leuchten so hell, dass es noch auf größte Entfernung möglich ist, Informationen über ihre physikalischen Eigenschaften zu gewinnen.

Altes Duo

Nun hat eine Gruppe von Astronomen um Linhua Jiang von der Universität Arizona, zu der auch Forscher des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg und des Max-Planck-Instituts für Extraterrestrische Physik in Garching gehören, mit den beiden Objekten SDSS J0005-0006 und SDSS J030-0019 erstmals etwas entdeckt, bei dem es sich um eine frühe Vorform "moderner" Quasare zu handeln scheint.

Die Astronomen nutzten das NASA-Weltraumteleskop Spitzer, um Infrarotlicht der entferntesten Quasare aufzufangen. Mit Infrarotbeobachtungen lässt sich die charakteristische Strahlung identifizieren, die heißer Staub aussendet, und solcher Staub ist typischer Bestandteil moderner Quasare: Die hell leuchtende Materiescheibe (sie ist etwa so groß wie unser Sonnensystem) ist bei solchen Quasaren von einem riesigen Staubtorus umgeben (der rund tausend Mal so groß ist wie die Materiescheibe). Bei zweien der 20 beobachteten Quasare fehlten die Anzeichen für heißen Staub. Das legt nahe, dass es sich um frühe primitive Quasare handelt: Das frühe Universum enthielt überhaupt keinen Staub, und auch die ersten Quasare sollten dementsprechend zwar sehr heiß und hell sein, aber keine Staubpartikel enthalten. Die Existenz solcher staubfreien Quasare war seit längerem vermutet worden. Allerdings hatte man sie noch nie zuvor beobachten können.

Theorie bestätigt

Anschließend untersuchten die Astronomen alle zu den fernen Quasaren verfügbaren Daten, und verglichen sie mit den Messergebnissen für modernere, der Erde nähere Quasare. Wie sich herausstellte, ist keiner der anderen Quasare - insbesondere keiner der moderneren Quasare - auch nur annähernd so staubfrei wie die zwei primitiven Exemplare. Zusätzlich fanden die Astronomen bei den entferntesten Quasaren einen Zusammenhang zwischen der Masse des zentralen Schwarzen Lochs und dem Staubgehalt: Je mehr Masse das zentrale Schwarze Loch besitzt, umso mehr Staub versammelt der Quasar. Das deutet auf einen Entwicklungsprozess hin, bei dem das zentrale Schwarze Loch rasch wächst, indem es sich Materie einverleibt, während gleichzeitig mehr und mehr heißer Staub produziert wird.

Damit deutet alles darauf hin, dass Jiang und seine Kollegen mit ihren Beobachtungen tatsächlich einen ersten Einblick in die Entwicklungsgeschichte der frühen Quasare gewonnen haben, und dass sich in den zwei staubfreien Quasaren die urtümlichsten Schwarzen Löcher verbergen, die wir kennen. (red)

  • Die beiden Ur-Quasare: oben SDSS J0005-0006, unten SDSS J0303-0019
    foto: mpia/m. pössel

    Die beiden Ur-Quasare: oben SDSS J0005-0006, unten SDSS J0303-0019

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