Ein uralter kosmischer Gigant

13 Milliarden Jahre alt und 800 Millionen Sonnenmassen schwer: Der älteste bekannte Quasar (Grafik: Robin Dienel/ Carnegie Institution for Science)

Quasare gehören zu den hellsten Objekten im Kosmos – das Licht dieser aktiven Galaxienkerne ist über Milliarden Lichtjahre hinweg sichtbar. Jetzt haben Astronomen den bisher fernsten und ältesten Vertreter dieser kosmischen Giganten entdeckt: einen Quasar, der mehr als 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt liegt. Er stammt aus der Zeit nur 690 Millionen Jahre nach dem Urknall – und damit aus einer wichtigen Umbruchszeit unseres Kosmos.

Das Licht eines Quasars entsteht, wenn Materie in das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum einer fernen Galaxie stürzt. Bevor Gas und Staub endgültig verschlungen werden, setzen sie große Mengen Energie in Form von Strahlung frei. Wegen ihrer Leuchtkraft von Milliarden Sonnen gehören Quasare zu den entferntesten kosmischen Objekten, die Astronomen beobachten können. Ihre Strahlung eröffnet uns damit ein Fenster in die Frühzeit des Universums. Doch alte Quasare sind extrem selten und daher schwer aufzuspüren: Bisher haben Astronomen nur rund 100 solcher aktiven Galaxien nachgewiesen, die älter als zwölf Milliarden Jahre sind. Von Quasaren mit einer Rotverschiebung von z=7, was einem Alter von mehr als 13 Milliarden Jahren entspricht, kannten sie bisher sogar nur einen einzigen.

Neuer Rekordhalter

Jetzt jedoch haben Astronomen um Eduardo Bañados von der Carnegie Institution für Science in Pasadena einen noch älteren, weiteren entfernten Quasar entdeckt. Aufgespürt haben sie ihn durch eine raffinierte Kombination der Daten von drei verschiedenen Himmelsdurchmusterungen. Weil das Licht so weit entfernter Objekte stark ins Infrarote verschoben ist, suchten sie in diesen Datensätzen gezielt nach Objekten, die zwar in Infrarotteleskopen erscheinen, nicht aber in den Aufnahmen optischer Teleskope. Bei dieser Fahndung ging ihnen ein kosmisches Objekt ins Netz: der Quasar J1342+0928. Um mehr über sein Alter und seine Eigenschaften zu erfahren, nutzten die Forscher anschließend mehrere leistungsstarke Teleskope, darunter das Gemini North Telescope und das Large Binocular Telescope und analysierten das Lichtspektrum dieses Quasars.

Es zeigte sich: J1342+0928 ist der bisher älteste und fernste Quasar überhaupt. Er besitzt eine Rotverschiebung von 7,54, wie die Spektralanalysen ergaben. "Damit stammt sein Licht aus einer Zeit nur 690 Millionen Jahre nach dem Urknall", berichten Bañados und seine Kollegen. Das Universum hatte damals erst fünf Prozent seines heutigen Alters. Überraschend auch: Obwohl diese aktive Galaxie damit zu den ersten ihrer Art gehört haben könnte, war sie bereits außergewöhnlich groß. Aus der Helligkeit der Strahlung ermittelten die Astronomen, dass das supermassereiche Schwarze Loch in ihrem Zentrum rund 800 Millionen Sonnenmassen umfasst haben muss. "Zu erklären, wie dieses Objekte diese ganze Masse in weniger als 690 Millionen Jahren angesammelt hat, ist eine echte Herausforderung für unsere Theorien zum Wachstum solcher supermassereichen Schwarzen Löcher", sagt Bañados. Denn dies bedeutet entweder, dass die frühen Schwarzen Löcher schneller wuchsen als bisher angenommen, oder aber, dass der Vorläufer dieses kosmischen Giganten schon weniger als 100 Millionen Jahren nach dem Urknall eine beträchtliche Größe erreicht hatte.

Zeuge der Reionisierung

Der Quasar J1342+0928 ist aber nicht nur ein neuer Rekordhalter, er stammt auch aus einer besonders spannenden Epoche des Kosmos: Einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall machte das Universum einen großen Phasenübergang durch – die sogenannte Reionisierung. Nachdem rund 400.000 Jahre nach dem Urknall die ersten Teilchen zu neutralen Wasserstoffatomen zusammengefunden hatten, wurden diese nun durch die intensive Strahlung vieler junger Sterne wieder ionisiert – die Energie der Strahlung entriss ihnen ihre Elektronen. "Die Reionisierung war der letzte große Phasenübergang des Universums und zeigt uns auch die Grenzen unseres astrophysikalischen Wissens auf", erklärt Bañados. Denn bisher ist erst in Teilen geklärt, wann und wie genau die Reionisierung stattfand. Der Quasar J1342+0928 liefert dazu nun zumindest einen weiteren Anhaltspunkt. Denn die Spektralanalysen seines Lichts legen nahe, dass ein Teil des Wasserstoffs in seiner Umgebung noch neutral gewesen sein muss. Nach Ansicht der Astronomen könnte dies darauf hindeuten, dass die Reionisierung damals noch nicht abgeschlossen war und sich demnach eher lange hinzog.

Schon die ersten Beobachtungsdaten zu diesem Quasar haben damit wertvolle Einblicke in die Frühgeschichte des Kosmos geliefert. "Dies ist eine sehr spannende Entdeckung", sagt Co-Autor Daniel Stern vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. Er und seine Kollegen hoffen, dass Folgebeobachtungen noch weitere Details über diesen Quasar und seine Ära zutage fördern werden. Die Astronomen wollen zudem weiter nach vergleichbar fernen Quasaren fahnden. "Mit den noch empfindlicheren Anlagen der nächsten Generation, die in den nächsten Jahren gebaut werden, können wir hoffentlich noch viele aufregende Entdeckungen im frühen Universum machen", so Stern.

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