Ein supermassereiches Schwarzes Loch im jungen Kosmos

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Bereits 690 Millionen Jahre nach dem Urknall gab es supermassereiche Schwarze Löcher im Kosmos. Das zeigt die Entdeckung eines Quasars mit einer Rekord-Rotverschiebung von 7,54, der in seinem Zentrum ein Schwarzes Loch mit 800 Millionen Sonnenmassen beherbergt, durch ein internationales Forscherteam. Bislang wissen die Astronomen nicht, wie derart massereiche Objekte so schnell nach dem Urknall entstehen konnten. Der Quasar liefere zudem erstmals einen Blick in die kosmische Ära der Re-Ionisierung, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

„Das Objekt besitzt eine extrem große Masse – und das Universum ist noch so jung, da sollte so etwas noch gar nicht existieren“, beschreibt Robert Simcoe vom Massachusetts Institute of Technology in den USA das Dilemma. „Das Universum war noch nicht alt genug, um derart große Schwarze Löcher zu produzieren.“ Seit dem Urknall vor 13,79 Milliarden Jahren dehnt sich das Universum aus – und mit ihm das Licht, das von fernen Himmelsobjekten zur Erde gelangt. Dadurch vergrößert sich die Wellenlänge der Strahlung, sie wird „rotverschoben“. Aus dieser Rotverschiebung können die Astronomen daher ermitteln, wie lange das Licht unterwegs war – 13,1 Milliarden Jahre im Fall des neu entdeckten Quasars.

Damit blicken die Astronomen zugleich 13,1 Milliarden Jahre in die Vergangenheit, sie sehen das Objekt also so, wie es 690 Millionen Jahre nach dem Urknall ausgesehen hat. Im heutigen Kosmos entstehen Schwarze Löcher durch den Kollaps massereicher Sterne, wenn diese ihren Vorrat an nuklearem Brennstoff aufgebraucht haben. Aber 690 Millionen Jahre reichen nicht, um solche stellaren Schwarzen Löcher zu supermassereichen Objekten anwachsen zu lassen. Es müsse, so vermuten die Forscher, im jungen Kosmos Prozesse geben, die Schwarze Löcher mit zumindest der 10.000-fachen Sonnenmasse erzeugen.

Der Rekord-Quasar bietet zugleich erstmals einen Einblick in eine für die Astronomen besonders interessante Phase der kosmischen Entwicklung. Etwa 400.000 Jahre nach dem Urknall war der Kosmos so weit abgekühlt, dass sich neutrale Wasserstoff-Atome bilden konnten. Das Universum war dann zunächst dunkel und undurchsichtig. Erst mit der Entstehung der ersten Sterne und Galaxien durchdrang wieder Strahlung das Weltall und reionisierte das Wasserstoff-Gas. Genau in dieser Ära der Re-Ionisierung befindet sich der neu entdeckte Quasar – etwa die Hälfte des Wasserstoffs in seiner Umgebung ist noch neutral und nicht ionisiert.

Theoretische Modelle sagen voraus, dass es über den gesamten Himmel verstreut bis zu einhundert Quasare mit supermassereichen Schwarzen Löchern in der Ära der Re-Ionisierung geben sollte. Simcoe und seine Kollegen wollen weiter nach derartigen Objekten suchen, um so Aufschluss über die Entstehung der ersten Sterne – und die bislang rätselhafte Entstehung der supermassereichen schwarzen Löcher zu erhalten.

Quelle: dx.doi.org/10.1038/nature25180

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