Freitag, 1. Juli 2011

Astronomen entdeckten ältestes Schwarzes Loch

Künstlerische Darstellung des Quasars "J1120+0641" | Copyright: ESO/M. Kornmesser

Cerro Paranal/ Chile - Mit dem "Very Large Telescope" (VLT) der "Europäischen Südsternwarte" (ESO) haben Astronomen den entferntesten bisher bekannten Quasar entdeckt und untersucht. Das "strahlende kosmische Leuchtfeuer" wird von einem Schwarzen Loch mit zwei Milliarden Sonnenmassen angetrieben und ist das leuchtkräftigste Objekt, das bislang im frühen Universum entdeckt wurde.

Wie die Forscher um Stephen Warren in der Fachzeitschrift "Nature" berichten, ermöglicht der Quasar wertvolle Einblicke in das frühe Universum: "Es handelt sich um ein sehr seltenes Objekt, das uns helfen wird, zu verstehen, wie supermassereiche Schwarze Löcher einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall an Masse zugenommen haben."

"Quasare", so erläutert die ESO-Pressemitteilung, "sind extrem helle, weit entfernte Galaxien, deren Leuchtkraft vermutlich von supermassereichen Schwarzen Löchern in ihren Zentren erzeugt wird. Ihre große Helligkeit macht Quasare zu Leuchtfeuern, die uns helfen können, das Zeitalter der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien zu untersuchen." Der jetzt entdeckte Quasar mit der Bezeichnung "ULAS J1120+0641" sei so weit von der Erde entfernt, dass sein Licht uns Einblicke in den letzten Abschnitt des so genannten Zeitalters der Reionisation ermöglicht.

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Heute sehen wir das Objekt im jenem Zustand, in dem es sich nur 770 Millionen Jahre nach dem Urknall befand (entsprechend einer Rotverschiebung "z" von 7,1). Sein Licht brauchte also rund 12,9 Milliarden Jahre, um uns zu erreichen.

"Frühere Beobachtungen haben zwar noch weiter entfernte Ereignisse und Objekte, etwa einen Gammastrahlen-Ausbruch mit einer Rotverschiebung von z=8,2 und eine Galaxie mit einer Rotverschiebung z=8,6, erfassen können. Aber der jetzt entdeckte Quasar ist mehrere hundert Mal heller und damit das mit Abstand fernste Objekt, das hell genug ist, um eine detaillierte Untersuchung zu ermöglichen.

Die Nummer zwei in der Liste der entferntesten Quasare sehen wir bereits in dem Zustand, den das Objekt 870 Millionen Jahre nach dem Urknall hatte (entsprechend einer Rotverschiebung von z=6,4). Bei noch größerer Rotverschiebung können Objekte dieser Art nicht mit Durchmusterungen im sichtbaren Licht aufgefunden werden: Die Wellenlänge des von ihnen ausgesandten Lichts wird durch die Expansion des Universums gedehnt und erreicht die Erde daher als (langwelligere) Infrarotstrahlung."

Aufnahme des entferntesten Quasars | Copyright: ESO/UKIDSS/SDSS

Die Suche nach derart entfernten Objekten ist einer der Gründe für die Himmelsdurchmusterung European "UKIRT Deep Sky Survey" (UKIDSS), die derzeit mit dem britischen Infrarotteleskop UKIRT auf Hawaii im infraroten Lichtspektrum durchgeführt wird und besonders tief ins Weltall blicken soll. Das Astronomenteam, das den neuen Quasar entdeckte, durchforstete auf der Suche nach weit entfernten Quasaren die Millionen von Einträgen in der UKIDSS-Datenbank, und landete schließlich einen Volltreffer.

“Wir brauchten fünf Jahre, um 'ULAS J1120+0641' zu finden", erklärt Bram Venemans, einer der Autoren der Studie. “Eigentlich waren wir auf der Suche nach einem Quasar mit einer Rotverschiebung von mehr als 6,5. Dass wir ein noch so viel weiter entferntes Exemplar entdeckt haben - mit einer Rotverschiebung von mehr als 7 - war eine angenehme Überraschung. Dieser Quasar ermöglicht uns einen tiefen Blick in das Zeitalter der Reionisation und eröffnet uns damit die einzigartige Gelegenheit, eine 100 Millionen Jahre umfassende Zeitspanne in der Anfangsgeschichte des Kosmos zu erforschen, die bisher unzugänglich gewesen ist.”

Die Rotverschiebung und damit auch die Entfernung von "ULAS J1120+0641" wurden durch Beobachtungen mit dem FORS-Instrument am VLT der ESO und mit Instrumenten am Gemini-Nord-Teleskop bestimmt. Da er vergleichsweise hell ist, ist es möglich, das Licht des Quasars in seine einzelnen Farben aufzuspalten. Aus diesem Spektrum lassen sich neben der Rotverschiebung noch umfangreiche weitere Erkenntnisse über den Quasar gewinnen.

"Die Beobachtungen haben gezeigt, dass das Schwarze Loch im Zentrum von ULAS J1120+0641 etwa zwei Milliarden Sonnenmassen enthält. Das ist überraschend, denn die gängigen Theorien zum Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher sagen eine langsame Massenzunahme voraus, während derer das kompakte Objekt Materie aus seiner Umgebung einfängt." In diesen Theorien ist daher schwer zu erklären, wie ein Objekt bereits so kurz nach dem Urknall eine derart große Masse haben konnte.

"Wir vermuten, dass es am gesamten Himmel nur ungefähr 100 helle Quasare mit einer Rotverschiebung von mehr als 7 gibt", schließt Daniel Mortlock, der Erstautor des Fachartikels. “Um ULAS J1120+0641 zu finden, war eine langwierige Suche nötig. Doch das Ergebnis war den großen Aufwand allemal wert - wir konnten dem frühen Universum einige seiner Geheimnisse entlocken."

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Quellen: eso.org / grenzwissenschaft-aktuell.de
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