Neu entdeckter Quasar J0313-1806 bricht den Entfernungsrekord

Künstlerische Darstellung des Quasars J0313-1806 etwa 670 Millionen Jahre nach dem Urknall. (Credit: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva)
Künstlerische Darstellung des Quasars J0313-1806 etwa 670 Millionen Jahre nach dem Urknall. (Credit: NOIRLab / NSF / AURA / J. da Silva)

Ein internationales Astronomenteam hat den bislang fernsten Quasar entdeckt – ein kosmisches Monster in mehr als 13 Milliarden Lichtjahren Entfernung, das von einem supermassiven Schwarzen Loch mit mehr als 1,6 Milliarden Sonnenmassen angetrieben wird und mehr als 1.000 Mal heller als unsere gesamte Milchstraßen-Galaxie leuchtet.

Der Quasar namens J0313-1806 wird so beobachtet, wie er aussah, als das Universum erst 670 Millionen Jahre alt war. Er gibt Astronomen wertvolle Einblicke darin, wie massereiche Galaxien (und die supermassiven Schwarzen Löcher in ihren Zentren) im jungen Universum entstanden. Die Forscher präsentierten ihre Ergebnisse auf dem Treffen der American Astronomical Society, das derzeit virtuell stattfindet. Die Studie wurde bei den Astronomical Journal Letters eingereicht.

Die neue Entdeckung schlägt den bisherigen Entfernungsrekord eines Quasars, der vor drei Jahren aufgestellt wurde. Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile bestätigten die Distanzmessung mit hoher Genauigkeit.

Quasare entstehen, wenn die starke Gravitation eines supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie umgebende Materie anzieht, die eine umkreisende Scheibe aus superheißer Materie um das Schwarze Loch bildet. Der Prozess setzt enorme Mengen Energie frei, was den Quasar extrem hell macht, so dass er oft den Rest der Galaxie überstrahlt.

Das Schwarze Loch im Zentrum von J0313-1806 ist doppelt so massereich wie das des bisherigen Rekordhalters. Diese Tatsache gibt Astronomen einen wertvollen Anhaltspunkt über solche Schwarzen Löcher und ihren Einfluss auf ihre Heimatgalaxien.

“Dies ist der früheste Beleg dafür, wie ein supermassives Schwarzes Loch die Galaxie um es herum beeinflusst”, sagte Feige Wang, ein Hubble-Stipendiat am Steward Observatory der University of Arizona und Leiter des Forschungsteams. “Aus Beobachtungen von weniger weit entfernten Galaxien wissen wir, dass das passieren muss, aber wir haben es noch nie so früh im Universum beobachtet.”

Die große Masse des Schwarzen Lochs von J0313-1806 so früh in der Geschichte des Universums schließt den Astronomen zufolge zwei theoretische Modelle zur Entstehung solcher Objekte aus. In dem ersten der beiden Modelle explodieren einzelne massereiche Sterne als Supernova und kollabieren zu Schwarzen Löchern, die dann zu größeren Schwarzen Löchern verschmelzen. Beim zweiten Modell kollabieren dichte Sternhaufen zu einem massereichen Schwarzen Loch. In beiden Fällen dauert der Prozess jedoch zu lang, um in der beobachteten Zeitperiode ein so massereiches Schwarzes Loch wie jenes in J0313-1806 hervorzubringen.

“Das bedeutet, dass der Samen dieses Schwarzen Lochs in jedem Fall durch einen anderen Mechanismus entstanden sein muss”, sagte Xiaohui Fan von der University of Arizona. “Hier ist es ein Mechanismus, an dem große Mengen primordialen, kalten Wasserstoffgases beteiligt sind, die direkt zu einem Schwarzen Loch kollabieren.”

Die ALMA-Beobachtungen von J0313-1806 liefern erstaunliche Details über die Heimatgalaxie des Quasars, die neue Sterne 200 Mal schneller bildet als unsere Milchstraßen-Galaxie. “Das ist eine relativ hohe Sternentstehungsrate in Galaxien mit ähnlichem Alter, und es spricht dafür, dass die Heimatgalaxie des Quasars sehr schnell wächst”, sagte Jinyi Yang, der Co-Autor der Studie, ein Peter A. Strittmatter Fellow an der University of Arizona.

Die Helligkeit des Quasars deutet darauf hin, dass das Schwarze Loch das Äquivalent von etwa 25 Sonnen pro Jahr verschlingt. Die durch diesen schnellen Prozess freigesetzte Energie erzeugt wahrscheinlich eine starke Abströmung aus ionisiertem Gas, der sich mit rund 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit fortbewegt. Man vermutet, dass solche Abströmungen letztendlich die Sternentstehungsprozesse in der Galaxie zum Erliegen bringen.

“Wir denken, dass diese supermassiven Schwarzen Löcher der Grund waren, warum viele der großen Galaxien irgendwann aufhörten Sterne zu bilden”, sagte Fan. “Wir beobachten dieses ‘Quenching’ in späteren Zeitperioden, aber bis jetzt wussten wir nicht, wie früh in der Geschichte des Universums dieser Prozess begann. Dieser Quasar ist der früheste Beleg dafür, dass Quenching in sehr frühen Zeitperioden stattgefunden haben könnte.” Dieser Prozess wird das Schwarze Loch ohne Nahrung zurücklassen und sein Wachstum beenden.

Neben ALMA verwendeten die Astronomen das 6,5-Meter Magellan Baade Telescope, das Gemini North Telescope und das W.M. Keck Observatory auf Hawaii, sowie das Gemini South Telescope in Chile. Die Astronomen planen weitere Untersuchungen von J0313-1806 und anderen Quasaren mit bodenbasierten und weltraumbasierten Teleskopen.

Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation und wird im Rahmen eines Kooperationsvertrags von Associated Universities, Inc. betrieben.

Quelle

(THK)

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