Botschaft aus dem Mittelalter des Universums

Mit dem MAGIC-Teleskop auf La Palma in Spanien haben Astronomen hoch­energetische Gammastrahlen bei der weit entfernten Galaxie PKS 1441+25 beobachtet. Im Zentrum dieser aktiven Galaxie befindet sich ein masse­reiches schwarzes Loch, das von einer leuchtenden Materie­scheibe umgeben ist. Die aktuelle Beobachtung führt nicht nur zu einem besseren Verständnis aktiver Galaxien. Da das Licht von PKS 1441+25 etwa 7,6 Milliarden Jahre zur Erde unterwegs ist, erhoffen sich Forscher auch neue Erkenntnisse aus dem Mittel­alter des Universums.

PKS 1441+25 zählt zu den etwa zehn Prozent aktiver Galaxien im Universum. Ihr gemeinsames Kenn­zeichen: Sie produzieren mehr Licht als sich allein mit der Helligkeit von Sternen und Staub erklären ließe. In ihren Zentren befinden sich super­masse­reiche schwarze Löcher mit bis zu einer Milliarde Sonnen­massen. Die schwarzen Löcher üben eine starke Gravitations­kraft auf die Materie in der Umgebung aus. Bevor die Materie in das schwarze Loch fällt, kreist sie als hell leuchtende Scheibe um den aktiven Kern. PKS 1441+25 gehört außerdem zur Klasse der extrem hellen Quasare: Bei diesen Objekten werden Elementar­teilchen als Jets mit nahezu Licht­geschwin­digkeit ins All geschleudert, im Fall von PKS1441+25 Richtung Erde.

„Außer PKS 1441+25 kennen wir nur eine weitere so weit entfernte aktive Galaxie, bei der Gammastrahlen zu entdecken waren“, erklärt Razmik Mirzoyan, Sprecher des MAGIC-Verbundes und Forscher am MPI für Physik. „Auch diese Galaxie, B0218+357, haben wir mit MAGIC entdeckt und untersucht.“ Die Beobachtung von PKS 1441+25 zeigt, dass die Aktivität des Quasars hochvariabel ist. Die energie­reichsten Gammastrahlen-Emissionen lagen bei 250 Giga­elektronen­volt. Diese Ausbrüche waren bis zu hundert Mal stärker als das sonst beobachtete Gamma­strahlen­profil. Die Gründe für diese große Bandbreite liegen noch im Dunklen. Allerdings konnten die Wissen­schaftler beobachten, wo der Ursprung der extrem heftigen Ausbrüche liegt. „Sie entstehen viele Milliarden Kilometer vom aktiven Kern entfernt“, sagt Mirzoyan, „während die anderen Emissionen viel näher am Schwarzen Loch gebildet werden.“

Abgesehen von seinem ungewöhnlichen Verhalten ist der Quasar in einer weiteren sehr wichtigen Hinsicht interessant. Der Kosmos ist angefüllt mit diffusem extra­galaktischen Hinter­grund­licht. Dabei handelt es sich um die Photonen aller Sterne und Galaxien, die je im Universum existierten. Damit birgt der kosmische Nebel wichtige Informationen über die Vergangen­heit des Universums. Da sich von unserer Milchstraße aus kaum erschließen lässt, wie dicht das Hinter­grund­licht ist, nutzen Astro­physiker eine indirekte Methode. Sie messen Gammastrahlen von entfernten Galaxien. Auf ihrem Weg zur Erde werden die hoch­energetischen Strahlen abgeschwächt: Wenn sie auf ein Licht­teilchen treffen, wandeln sie sich in ein Elektron und ein Positron um – und sind damit für die Beobachtung verloren. Je dichter der Dunst, umso mehr Gammastrahlen werden vom Hinter­grund­licht geschluckt.

„Für die exakte Bestimmung des extra­galaktischen Hinter­grund­lichts sind Gammastrahlen weit entfernter Objekte erforderlich“, sagt Mirzoyan. „Mit PKS 1441+25 haben wir jetzt eine Gammaquelle erwischt, die zweimal so weit entfernt ist wie bisher untersuchte Objekte. Damit haben wir unsere bisherige Rekord-Beobachtungs­reich­weite aus dem Jahr 2007 verdoppelt und erhalten Auskunft über den Zustand des Universums vor 7,6 Milliarden Jahren.“

MPP / RK