Astronomie: Forscher entdecken den ältesten Quasar im All

13 Milliarden Jahre brauchte das Licht, bis es die Messgeräte auf der Erde erreichte. Gestartet war es aus dem Inneren einer Galaxie zu einem Zeitpunkt, als der Weltraum gerade einmal 690 Millionen Jahre jung war, also kurz nach dem Urknall. Eduardo Bañados vom Carnegie-Institut im kalifornischen Pasadena und seine Kollegen – darunter auch Fabian Walter und Hans-Walter Rix vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg – haben dieses Licht jetzt analysiert. In der Zeitschrift „Nature“ berichten sie von einem spektakulären Schnappschuss aus der Jugend des Weltraums.

Eines der strahlendsten Objekte im All

Der Kern dieser fernen Galaxie konzentriert auf engstem Raum die Masse von 800 Millionen Sternen von der Größe der Sonne, um die unsere Erde kreist. Die Anziehungskraft dieser geballten Masse ist so groß, dass aus ihr nicht einmal Licht nach außen dringen kann. Astrophysiker nennen diese Gebilde deshalb „schwarze Löcher“. Eines davon sitzt auch im Kern unserer Galaxis, lässt sich aber nur indirekt über die Bewegungen der Sterne in seiner Nähe beobachten. Beim jetzt beschriebenen schwarzen Loch „J1120+0641“ ist dagegen viel mehr los: Es handelt sich um eines der am stärksten strahlenden Objekte, die Astrophysiker je im Weltraum beobachteten.

Dieses schwarze Loch verschlingt offensichtlich riesige Materiemengen in Form von Gas und den Überresten zerrissener Sterne. Sie kreisen in einer flachen Spirale auf einer Ebene immer enger um den Kern der Galaxie. Je näher diese Teilchen dem schwarzen Loch kommen, umso enger rücken sie ihren Nachbarn auf die Pelle und umso stärker wird die Reibung. Ähnlich wie die Scheiben einer Bremse heizen sich die Teilchen dabei auf. Dabei erreichen sie extrem hohe Temperaturen, werden stark gebremst und stürzen schließlich in das schwarze Loch. Auf ihrem Bremsweg strahlen die Teilchen so viel Energie ab, dass solche gefräßigen schwarzen Löcher zu den hellsten Objekten im Weltraum werden, „Quasare“ genannt.

Der älteste Quasar im Universum

Die Forscher haben längst mehr als 200.000 solcher Quasare entdeckt – J1120+0641jedoch ist der bislang älteste. Das wirft ein Schlaglicht auf ein altes Problem der theoretischen Erklärung solcher sehr großen schwarzen Löcher: „Wird diese Strahlung zu stark, kann sie die weiter außen kreisende Masse zurückdrücken“, erklärt Jochen Greiner, der am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München sehr energiereiche Prozesse im Weltraum untersucht. Dieser Vorgang liefert eine Obergrenze für die Masse, die innerhalb einer bestimmten Zeit in ein schwarzes Loch strömen kann und die Astrophysiker „Eddington-Limit“ nennen. Bei J1120+0641 aber reicht die Zeit seit Entstehung des Weltraums nicht aus, um das schwarze Loch nach der gängigen Theorie auf die beobachtete Größe von 800 Millionen Sonnenmassen wachsen zu lassen.

Der neu entdeckte Quasar beleuchtet noch ein weiteres Phänomen, über das Astrophysiker seit geraumer Zeit rätseln: Ganz am Anfang war der Weltraum extrem heiß, sodass praktisch alle Atome ihre Elektronen verloren hatten. Danach kühlte der Kosmos relativ rasch ab und die Atome konnten ihre Elektronen wieder einfangen. Heute hat der Weltraum eine Temperatur von etwas weniger als minus 270 Grad Celsius, bei der die Elektronen des Gases im Weltraum eigentlich bei ihren Atomen bleiben sollten.

Blick zurück in die Vergangenheit

„Genau das ist aber beim Wasserstoff außerhalb der Galaxien nicht der Fall“, sagt Greiner. Der Theorie zufolge könnte die Strahlung im Weltraum die Elektronen aus den Atomen wieder hinauskatapultiert haben, in der Praxis gibt es dabei aber noch Fragezeichen: Von welchen Objekten kommt diese Strahlung? Passiert das überall im Weltraum gleichzeitig und wie lange dauerte dieser Prozess? Vielleicht hilft der Schnappschuss vom Quasar J1120+0641 ja dabei, solche Fragen zu beantworten. Schließlich kommt seine Strahlung genau aus der Zeit, in der die Wasserstoffatome offensichtlich begannen, ihre Elektronen wieder zu verlieren. Mindestens zehn Prozent von ihnen aber besaßen in der Umgebung des Quasars damals noch ihre Elektronen.