18.03.2010

Die erste Generation der Quasare

Forscher finden deutliche Hinweise auf früheste Vertreter aktiver Galaxienkerne.

Forscher finden deutliche Hinweise auf früheste Vertreter aktiver Galaxienkerne.

Die systematische Untersuchung von 21 Quasaren mit hoher Rotverschiebung erlaubt erstmals einen Blick in die Evolution der ersten Generation dieser aktiven Galaxienkerne. Beobachtungen eines internationalen Forscherteams zeigen, dass die Masse der zentralen Schwarzen Löcher in der Frühzeit des Kosmos in Tandem mit der Menge an Staub in der Umgebung der Quasare angewachsen ist. Zwei der untersuchten Objekte zeigen keinerlei Emission durch Staub - ein Indiz dafür, dass es sich tatsächlich um Vertreter der ersten Quasar-Generation handelt.

Abb.: Künstlerische Darstellung eines jungen Schwarzen Lochs, das durch die Akkretion von Materie anwächst. (Bild: NASA/JPL/Caltech)

In den vergangenen Jahren haben die Astronomen über 40 Quasare mit Rotverschiebungen von etwa 6 entdeckt. Diese Rotverschiebung entspricht einem kosmologischen Weltalter von etwa einer Milliarde Jahren. Erstaunlicherweise besitzen diese Objekte - in ihrem jeweiligen Ruhesystem - ganz ähnliche Strahlungseigenschaften im optischen, ultravioletten und Röntgen-Bereich wie Quasare im lokalen Kosmos. Die Quasare scheinen also bereits in dieser frühen kosmischen Epoche genauso entwickelt zu sein wie heute.

Allerdings war es bislang nicht möglich, vergleichende Untersuchungen der Strahlung im Infrarotbereich vorzunehmen, da diese Strahlung bei hohen Rotverschiebungen zu vom Erdboden aus unzugänglich langen Wellenlängen hin verschoben wird. Ein Großteil der optischen und ultravioletten Strahlung der Quasare wird von Staub absorbiert und dann im Infraroten wieder abgestrahlt. Die infrarote Strahlung ist deshalb ein wichtiger Indikator für die chemische Entwicklung der Quasar-Galaxien.

Linhua Jiang vom Steward Observatory der University of Arizona und seinen Kollegen gelang es nun, mit dem Spitzer Space Telescope Infrarot-Aufnahmen von 21 Quasaren mit Rotverschiebungen um 6 zu erhalten und so die im Ruhesystem im nahen Infraroten gelegene Abstrahlung durch Staub zu untersuchen. Zur Überraschung der Forscher zeigen zwei der Quasare keinerlei Abstrahlung durch Staub. Da es im nahen Kosmos keinen einzigen Quasar ohne Absorption und Reemission durch Staub gibt, ist die Vermutung naheliegend, dass es sich bei den beiden staubfreien Quasaren um Vertreter der ersten Quasar-Generation handelt.

Dieser Verdacht wird durch einen zweiten überraschenden Befund der Untersuchung von Jiang und seinem Team bestärkt: Die Wissenschaftler finden für die Quasare mit hoher Rotverschiebung eine deutliche Korrelation der Masse des zentralen Schwarzen Lochs mit der Stärke der Infrarotstrahlung, also mit der Menge an Staub in der Umgebung der Objekte. Bei Quasaren mit niedriger Rotverschiebung gibt es dagegen keinen derartigen Zusammenhang.

Tatsächlich besitzen die Schwarzen Löcher der beiden staubfreien Quasare mit 200 bzw. 300 Millionen Sonnenmassen die niedrigsten Massen in der untersuchten Stichprobe. Offenbar sehen wir diese Quasare zu einer Zeit der kosmischen Entwicklung, in der noch nicht ausreichend Staub entstanden ist. In dieser kosmischen Epoche wachsen, so interpretieren Jiang und seine Kollegen den Zusammenhang, einerseits die Massen der Schwarzen Löcher durch Akkretion an, andererseits nimmt auch die Menge an Staub stetig zu.

Bleibt die Frage, woher der Staub bei den Quasaren hoher Rotverschiebung stammt. Im lokalen Universum produzieren vor allem späte Riesensterne im mittleren und niedrigen Massenbereich den Staub. Eine Milliarde Jahre nach dem Urknall waren Sterne in diesem Massenbereich aber noch nicht weit genug entwickelt. Jiang und seine Kollegen schlagen deshalb vor, dass die Strahlung der Quasare selbst für die Produktion des Staubs verantwortlich ist. Alternativ könnten aber auch Supernovae massereicher Sterne das interstellare Medium der Quasar-Galaxien mit Staub anreichern.

Rainer Kayser

 

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