Ein neuer Rekord-Quasar

Ein Team chinesischer Astronomen [1, 2] hat mithilfe von Beobachtungen mehrerer Großteleskope in China, Chile und den Vereinigten Staaten (Teleskopdurchmesser 2,4-8,4 Meter *) im Jahr 2013 ein riesiges Schwarzes Loch [1] mit einer Rekordmasse von 12 Milliarden Sonnenmassen entdeckt. Zudem ist es sechs Mal größer als seine Artgenossen im gleichen Entfernungsbereich.

Abb. 1  Der Quasar SDSS J0100+2802 im Infrarotlicht.
© Wu et. al. (2014)

Das Besondere an dem Objekt SDSS J0100+2802 [1] (Abb. 1) ist sein Alter: die Beobachtungen deuten an, dass sein Alter nur rund 875 Millionen Jahre beträgt. Zu diesem Zeitpunkt betrug das Alter des Universums nur etwa 6 % seines heutigen Alters.

SDSS J010013.02+280225.8
Das Objekt SDSS J010013.01+280225.8 (Abk. SDSS J0100+2802 oder J0100+2802 **) ist ein sog. Quasar (engl. quasi-stellar object; quasi-stellares Objekt bzw. quasi-stellare Radioquelle) [1]. Ein Quasar ist der Kern einer sog. Aktiven Galaxie [1]. Er erscheint im sichtbaren Spektralbereich nahezu punktförmig - wie ein gewöhnlicher Stern. In anderen Wellenlängenbereichen emittiert der Quasar enorme Energiemengen, die die Abstrahlung im sichtbaren Licht weit übertreffen.

Abb. 2  Schematische Darstellung eines supermassereichen
Schwarzen Loches im Zentrum eines Quasars.
Ein supermassereiches Schwarzes Loch macht sich vor allem
durch die enorme Leuchtkraft seiner Umgebung (Scheibe)
bemerkbar. © NASA/JPL-CalTech/Misti Mountains Obs.

SDSS J0100+2802 ist rund 12,8 Milliarden Lichtjahre [1] von uns entfernt, das heißt, sein Licht war rund 12,8 Milliarden Jahre zu uns unterwegs. Das entspricht einer kosmologischen Rotverschiebung [1] von z=6,30.

Die Messung der Rotverschiebung eines Objektes besagt, wie stark die Wellenlänge des gemessenen Lichtes durch die Ausdehnung des Universums gestreckt wurde bis es die Erde erreicht. Mithilfe der Rotverschiebung kann man das Alter und die Entfernung des Objektes von der Erde bestimmen. Eine größere Rotverschiebung entspricht einer größeren Entfernung.

Bisher wurden lediglich 40 Quasare mit Rotverschiebungen entdeckt, die größer als z=6 sind. Jeder dieser Quasare enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von rund einer Milliarde Sonnenmassen.

Mithilfe der Beobachtungen mehrerer großer Teleskope * maßen die Forscher [2] die Geschwindigkeit der auf dieses Schwarze Loch fallenden Materie; daraus konnten sie die Gravitationswirkung von J0100+2802 messen und seine Masse bestimmen:

Der Quasar beherbergt

• das massereichste Schwarze Loch, das man aus der Frühphase des Universums kennt und ist zudem
• der hellste Quasar aus dieser Epoche.

Die Masse dieses Quasars beträgt 12 Milliarden Sonnenmassen, das entspricht einem Schwarzschildradius [1] von etwa 234 Astronomischen Einheiten [1] oder etwa 6 Mal der Entfernung des Zwergplaneten [1] Pluto [1] zur Erde. Die Leuchtkraft des Quasars J0100+2802 entspricht rund 429 Billionen Sonnenleuchtkräften [1].

SDSS J0100+2802 ist außerdem

• rund vier Mal heller als der bisher bekannte leuchtkräftigste Quasar (SDSS J1148-5251 [1], z=6,42) und
• sieben Mal heller als der bisher bekannte entfernteste Quasar

(ULAS J1120+0641 [1], z=7,085, Entfernung rund 13 Milliarden Lichtjahre, Masse rund 2 Milliarden Sonnenmassen).

SDSS J0100+2802 ist zugleich der leuchtkräftigste Quasar mit dem massereichsten Schwarzen Loch unter den bekannten Quasaren mit derart hohen Rotverschiebungen (z>6).

Weshalb ist J0100+2802 etwas Besonderes?
Große Schwarze Löcher "fressen" sich durch ihre Umgebung. Jedoch benötigen massereiche Schwarze Löcher viele Milliarden Jahre, um Masse aufzusammeln und derart massereich zu werden.
Die massereichsten Quasare, die man kennt, besitzen Massen von rund 40 Milliarden Sonnenmassen, jedoch sind diese Quasare nicht nur wesentlich älter als SDSS J0100+2802, sondern zwischenzeitlich mit anderen großen Schwarzen Löchern verschmolzen.

Gewöhnliche supermassereiche Schwarze Löcher besitzen Massen von rund 2 Milliarden Sonnenmassen und sind älter als eine Milliarde Jahre.

SDSS J0100+2802 hat jedoch innerhalb kurzer Zeit in seinem Zentrum eine riesige Masse ansammeln können. Für sein Alter ist es massereicher als alle anderen Objekte, die so kurz nach dem Urknall existierten.

Weshalb existiert ein derart massereiches Schwarzes Loch bereits in der Frühphase der Entwicklung des Universums? Wieso konnte das Schwarze Loch so schnell anwachsen?

Die Beobachtungen deuten an, dass die Größe des Bereiches, in dem die Materie um das zentrale Schwarze Loch von J0100+2802 noch ionisiert
(<10 %) [1] vorliegt, sagenhafte 26 Millionen Lichtjahre beträgt #; dieser Bereich ist wesentlich größer als bei anderen Quasaren mit Rotverschiebungen von z>6. Ursache hierfür ist die intensive Strahlung des Quasars auf die ihn umgebende Materie.

Erste Ergebnisse
Das Objekt J0100+2802 bietet eine einzigartige Möglichkeit die Entwicklung des Schwarzen Loches und der es umgebenden Galaxie ("Muttergalaxie") zu studieren.
Die neuen Beobachtungen könnten die Theorien über die Entstehung und das Wachstum von Schwarzen Löchern bzw. Quasaren im frühen Universum "über den Haufen" werfen. Möglicherweise sind Schwarze Löcher in dieser Frühphase schneller als die sie umgebenden Galaxien angewachsen.

Eine weitere Erklärung für das schnelle Wachstum des zentralen Schwarzen Loches von J0100+2802 ist möglicherweise nicht der Gravitationskollaps eines Einzelsternes zu einem Schwarzen Loch, sondern vielmehr der Kollaps einer sehr großen Gaswolke direkt in ein (massives) Schwarzes Loch.

Die Beobachtungen von SDSS J0100+2802 dienen bereits jetzt der Erforschung der chemischen Zusammensetzung sowie des Wachstums von Galaxien und Schwarzen Löchern im frühen Universum.

Falls Sie Fragen und Anregungen zu diesem Thema haben, schreiben Sie uns unter kontakt@ig-hutzi-spechtler.eu

Ihre
IG Hutzi Spechtler – Yasmin A. Walter

Quellenangaben:

[1] Mehr Information über astronomische Begriffe
www.wikipedia.de

[2] Wu, X.-B., et al., Nature 518 (2015)

[3] De Rosa, G., et al., ApJ 790 (2014)

# Vergleich: Die Galaxie M54 (Whirlpool-Galaxie) [1] ist rund 20 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.

*  Beteiligte Teleskope [1]:
MMT (6,5m Multiple Mirror Telescope, U.S.A./Arizona)
LBT (8,4m Large Binocular Telescope, U.S.A. /Arizona)
MT (6,5m Magellan Telescope, Chile)
GNT (8,2m Gemini North Telescope, U.S.A./Hawaii)

** SDSS = Sloan Digital Sky Survey (astronom. Objektkatalog)

zurück