Astronomen haben die entfernteste und älteste einzelne Quelle von Radioemissionen im bekannten Universum entdeckt. Diese Quelle ist einer der stärksten Teilchenbeschleuniger des Universums: Ein Quasar, der 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist und Partikelstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausspuckt.
Quasare gehören zu den ältesten, entferntesten, massereichsten und hellsten Objekten im Universum. Sie bilden die Kerne von Galaxien, in denen ein sich schnell drehendes supermassives Schwarzes Loch die gesamte Materie verschluckt, die seinem Gravitationsgriff nicht entkommen kann. Während das Schwarze Loch diese Materie verschlingt, strahlt es auch eine enorme Menge an Strahlung aus, die zusammen mehr als eine Billion Mal leuchtender sein kann als die hellsten Sterne, was Quasare zu den hellsten Objekten im beobachtbaren Universum macht.
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„Ich glaube, dass diese Objekte so leuchtend sind, dass sie sehr weit entfernt beobachtet werden können“, sagte Chiara Mazzucchelli, die die Entdeckung zusammen mit Eduardo Bañados leitete, gegenüber Live Science. „Wenn Galaxien wie die Milchstraße zu schwach sind, um in diesen Entfernungen entdeckt und untersucht zu werden, können wir diese sehr leuchtenden Quasare verwenden, um zu studieren, als das Universum noch sehr jung war. Wir sprechen von einer Zeit, in der sich die ersten Sterne und Galaxien gebildet haben.“
Insbesondere dieser Quasar mit dem Namen P172+18 ist ein Relikt aus rund 780 Millionen Jahren nach dem Urknall und enthüllt Hinweise auf eines der frühesten Zeitalter des Universums — die Epoche der Reionisierung. Zu Beginn dieser Periode war das Universum dunkel von einer meist gleichmäßigen Wolke aus Wasserstoffgas verhüllt. Wissenschaftler bezeichnen diese Zeit als das dunkle Zeitalter des Universums, da das meiste emittierte Licht schnell von dem neutral geladenen Gas absorbiert wurde. Schließlich kollabierte die Schwerkraft das Urgas in die ersten Sterne und Quasare, die begannen, die umgebenden Gase zu erhitzen und zu ionisieren, wodurch Licht hindurchtreten konnte.
Mazzucchelli, Astronom an der Europäischen Südsternwarte in Chile, und Bañados, Astronom am Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland, entdeckten den Quasar erstmals mit den Magellan-Teleskopen am Las Campanas Observatorium in Chile. Sie beobachteten die verräterische Radiosignatur, die von starken Partikelstrahlen hinterlassen wurde, die von oben und unter dem Schwarzen Loch ausbrachen. Die superspeedy Partikel emittieren eine enorme Menge an Radiowellen. Wissenschaftler nennen diese Quasare „radiolaut“ und glauben, dass ihre Jets beschleunigter Teilchen, die nur in etwa 10% der Quasare zu sehen sind, eine entscheidende Rolle in der Entwicklung früher Galaxien spielen.
Weitere Beobachtungen von Teleskopen, darunter das Keck Observatory in Hawaii und das Very Large Telescope in Chile, zeigten, dass P172+18 fast 300 Millionen Mal massereicher ist als die Sonne und zu den am schnellsten wachsenden Quasaren gehört, die jemals entdeckt wurden. Das Problem ist, dass Wissenschaftler nicht wissen, wie ein Schwarzes Loch so früh im Universum so massiv wurde. Die Funkstrahlen könnten eine Erklärung sein.
„Theoretische Studien besagen, dass das Vorhandensein von Radiojets die Geschwindigkeit erhöhen kann, mit der das Schwarze Loch Materie frisst, was bedeutet, dass sie es einem Schwarzen Loch ermöglichen können, viel schneller zu wachsen, und erklären könnten, warum sie so früh so massiv sind“, sagte Mazzucchelli. „Gleichzeitig können Radiojets auch die Galaxie um den Quasar herum beeinflussen, indem sie beeinflussen, wie sich Sterne bilden.“
Der Fressrausch des Schwarzen Lochs hat jedoch möglicherweise nicht lange gedauert. Als die Astronomen ihre jüngsten Beobachtungen mit einer Vermessung des Himmels verglichen, die mehr als zwei Jahrzehnte zuvor durchgeführt wurde, stellten sie fest, dass der Quasar die Hälfte seiner Helligkeit verloren hatte, was darauf hindeutete, dass der Quasar möglicherweise die letzten Stadien seines Lebens erreichte.
Leuchtfeuer im Dunkeln
Mazzucchelli beschrieb Quasare als entfernte Taschenlampen, die eine bestimmte Zeit und einen bestimmten Raum in der Geschichte des Universums beleuchten. Jeder neue entdeckte Quasar enthüllt einen weiteren Punkt in der Zeitlinie zwischen dem Urknall und dem Universum, das wir heute sehen. Sie hofft, dass das Forschungsteam in Zukunft noch viele weitere Quasare in der Nähe finden wird.
Tatsächlich fanden die Astronomen nicht lange nach ihrer Entdeckung von P172 +18 ein zweites Leuchtfeuer von Radiowellen in der Nähe. Wenn weitere Beobachtungen bestätigen, dass diese begleitende Radioquelle in der gleichen Entfernung wie der Quasar liegt, könnte es sich um das am weitesten entfernte Paar aktiver Galaxien handeln, das jemals entdeckt wurde. Die Forscher hoffen, dass Teleskope wie das James Webb Space Telescope der NASA die genaue Entfernung der Radioquelle bestimmen können.
Die Ergebnisse der Forscher werden in einer kommenden Ausgabe des Astrophysical Journal veröffentlicht.
Ursprünglich auf Live Science veröffentlicht.