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Astronomie+Physik

Der fernste „radiolaute“ Quasar

P172+18
Illustration des Quasars P172+18 (Bild: ESO/ M. Kornmesser)

Quasare sind die hellsten und fernsten im Kosmos beobachtbaren Objekte. In diesen aktiven Galaxienkernen sitzen supermassereiche Schwarze Löcher, die in hohem Tempo Materie verschlingen. Jetzt haben Astronomen den bisher fernsten Quasar entdeckt, der einen im Radiobereich „lauten“ Teilchenjet besitzt. Sein Licht war 13 Milliarden Jahre zu uns unterwegs, wir sehen ihn daher so, wie er nur 780 Millionen Jahre nach dem Urknall war. Der Quasar ist damit die bisher fernste bekannte Quelle von Radioemissionen, zudem hat sein Schwarzes Loch eine der bisher höchsten bekannten „Fressraten“.

Quasare gehören zu den hellsten Objekten im Kosmos: Einige von ihnen leuchten so hell wie hunderte Billionen Sonnen und stoßen ungeheure Mengen an energiereicher Strahlung aus. Ursprung dieser Strahlung sind die besonders aktiven supermassereichen Schwarzen Löcher in diesen fernen Galaxien: Sie verschlingen große Mengen des umgebenden Gases und sind von einem Strudel aus schnell rotierendem, heißem Plasma umgeben. Dieses gibt kurz vor seinem Sturz ins Schwarze Loch Energie in Form von Strahlung frei. Ihre Leuchtkraft macht es möglich, dass Astronomen selbst Quasare in Milliarden Lichtjahren Entfernung beobachten können. Die ältesten bisher aufgespürten aktiven Galaxienkerne stammen aus einer Zeit nur rund 670 Millionen Jahre nach dem Urknall. Sie spiegeln daher die Bedingungen in der Anfangszeit des Kosmos wider.

Fernster „radiolauter“ Quasar

Jetzt haben Astronomen um Eduardo Bañados vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg einen besonderen Vertreter dieser fernen Quasare entdeckt. Dafür hatten sie den Ursprung einer schon zuvor entdeckten starken Radioquelle im fernen Kosmos mit einer Reihe weiterer Teleskope näher untersucht, darunter dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO und dem Magellan-Teleskop am Las-Campanas-Observatorium in Chile. Mithilfe spektroskopischer Messungen konnten sie nachweisen, dass hinter dieser Radioemission ein sogenannter „radiolauter“ Quasar steckt. Diese Quasare erzeugen starke, weit ins All hinausreichende Strahlen- und Teilchenströme und geben dabei auch viel Strahlung im Radiowellenbereich ab. „Unter den rund 200 bisher dokumentierten Quasaren mit einer Rotverschiebung von mehr als 6 sind nur drei als radiolaute Quasar bekannt“, berichten die Forscher.

Die Entdeckung eines fernen Quasars mit dieser Radioemission ist daher schon per se eine Seltenheit. Doch der radiolaute Quasar mit dem Namen P172+18 ist sogar so weit entfernt, dass sein Licht etwa 13 Milliarden Jahre unterwegs war, bis es uns erreichte. Er existierte damit schon zu einer Zeit, als das Universum gerade einmal etwa 780 Millionen Jahre alt war. Damit ist P172+18 die fernste bekannte Quelle von Radioemissionen und der fernste radiolaute Quasar: „Sobald wir die Daten bekamen, haben wir sie mit dem Auge inspiziert, und wir wussten sofort, dass wir den fernsten bisher bekannten radiolauten Quasar entdeckt hatten“, sagt Bañados.
(Video: ESO)

Extrem hohe Akkretionsrate

Nähere Analysen ergaben, dass das Schwarze Loch des Quasars etwa 300 Millionen Mal massereicher ist als unsere Sonne. Damit gehört es zwar nicht zu den größten Schwerkraftgiganten des frühen Kosmos, dennoch könnte P172+18 wertvolle Hinweise darauf liefern, wie schon so kurze Zeit nach dem Urknall extrem massereiche Schwarze Löcher entstehen konnten. „Die Schwarzen Löcher in vielen dieser sehr fernen Quasare stellen unsere Vorstellung davon infrage, wie schnell solche Objekte so früh in der Geschichte des Universums wachsen konnten“, erklärt Co-Autor Emmanuel Momjian vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO). Im Falle von P172+18 stellten er und seine Kollegen fest, dass dieses Schwarze Loch das umgebende Gas in atemberaubender Geschwindigkeit vertilgt. „Das schwarze Loch nimmt sehr schnell Materie auf und wächst in seiner Masse mit einer der höchsten jemals beobachteten Raten“, erklärt Co-Autorin Chiara Mazzucchelli von der Europäischen Südsternwarte (ESO).

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Einen möglichen Grund dafür liefern die starken Radio-Jets des Quasars P172+18. Die Astronomen vermuten, dass diese Jets in der Lage sind, das Material um das Schwarze Loch herum zu stören. Dies wiederum könnte dazu führen, dass das aufgewühlte Gas mit einer höheren Rate als üblich in das Schwarze Loch hineingezogen wird. Daher kann die Untersuchung radiolauter Quasare wichtige Erkenntnisse darüber liefern, wie schwarze Löcher im frühen Universum nach dem Urknall so schnell zu ihren supermassereichen Dimensionen heranwuchsen. „Jets spielen aber auch eine Rolle für die Regulation der Sternbildung und für das Wachstum ihrer Galaxien, daher ist diese Entdeckung wertvoll, um diese Prozesse im frühen Universum zu verstehen“, sagt Co-Autor Chris Carilli vom NRAO. Die Astronomen sind zuversichtlich, künftig noch weitere, möglicherweise entferntere radiolaute Quasare aus dem frühen Kosmos aufspüren zu können. „Diese Entdeckung macht mich optimistisch und ich glaube – und hoffe – dass der Entfernungsrekord bald gebrochen werden wird“, sagt Bañados.

Quelle: Eduardo Bañados (Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg) et al., The Astrophysical Journal

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