Astronomen finden 31 uralte Quasare, zwei brechen den Altersrekord
Euclid hat 31 neue Quasare aus dem jungen Universum identifiziert. Zwei davon sind weiter entfernt als alle bisher bekannten.
Künstlerische Darstellung eines Quasars: Neue Euclid-Daten zeigen 31 frühe Quasare. Die Funde helfen zu klären, wie Schwarze Löcher so schnell wachsen konnten.
Foto: Smarterpix / cloudyew
Wie konnten supermassereiche Schwarze Löcher schon wenige Hundert Millionen Jahre nach dem Urknall so groß werden? Neue Daten des europäischen Weltraumteleskops Euclid liefern dazu wichtige Hinweise. Ein internationales Team hat 31 frühe Quasare identifiziert. Zwei davon besitzen höhere Rotverschiebungen als alle bisher bekannten Quasare.
Nicht nur der astronomische Fund interessant, wichtig ist auch der Weg dorthin: Euclid kombiniert ein großes Blickfeld mit Infrarotdaten aus dem All. Algorithmen und Nachbeobachtungen helfen anschließend, echte Quasare aus Millionen anderer Lichtquellen herauszufiltern.
Inhaltsverzeichnis
Wie konnten Schwarze Löcher so früh so groß werden?
Diese Frage beschäftigt die Astrophysik seit Jahren. Quasare liefern dafür wichtige Hinweise, weil sie die aktive Wachstumsphase supermassereicher Schwarzer Löcher sichtbar machen. Die jetzt entdeckten Objekte stammen aus einer Zeit, in der das Universum noch sehr jung war.
Die beiden Rekordobjekte tragen die Katalognamen EUCL J172902.75+641018.1 und EUCL J125308.55+705432.3. Ihr Licht stammt aus einer Phase, in der das Universum erst rund 670 Millionen Jahre alt war. Heute ist es etwa 13,8 Milliarden Jahre alt. Astronominnen und Astronomen sehen diese Objekte also nicht so, wie sie heute wären, sondern so, wie sie in den ersten 5 % der kosmischen Geschichte aussahen.
Was sind Quasare?
Quasare sind keine Sterne, auch wenn sie auf Aufnahmen zunächst wie punktförmige Lichtquellen erscheinen. Es handelt sich um extrem helle Kerne junger Galaxien. In ihrem Zentrum sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch. Gas und Staub fallen in seine Umgebung, heizen sich dabei stark auf und senden enorme Energiemengen aus. Der aktive Kern kann dadurch heller leuchten als die gesamte Wirtsgalaxie.
„Diese frühen Quasare stammen aus der Kindheit des Universums“, sagt Daming Yang von der Universität Leiden, Hauptautor der Veröffentlichung. „Indem wir sie untersuchen, können wir besser verstehen, wie sich diese riesigen Systeme so schnell vergrößert haben – eines der größten Rätsel der Astrophysik.“
Warum Euclid diese Quasare findet
Frühe Quasare sind schwer aufzuspüren. Sie sind selten, ihr Licht ist schwach, und es wurde auf dem Weg durch das expandierende Universum stark gedehnt. Forschende sprechen von Rotverschiebung. Je höher dieser Wert ist, desto weiter blicken sie in die Vergangenheit.
Eine Rotverschiebung von z ≥ 7 bedeutet: Das Licht stammt aus einer Zeit, in der das Universum höchstens rund 770 Millionen Jahre alt war. Von den 31 Neuentdeckungen liegen 12 in diesem Bereich. Die beiden ältesten erreichen Rotverschiebungen von 7,77 und 7,69. Der bisherige Rekord lag bei 7,64.
Bei solchen Entdeckungen reicht es nicht, helle Punkte am Himmel zu finden. Die Kandidaten müssen von nahen Sternen, Braunen Zwergen und anderen Störquellen unterschieden werden. Gerade Braune Zwerge können in Bilddaten ähnlich wirken wie sehr weit entfernte Quasare. Euclid hilft hier mit einer Kombination aus großem Sichtfeld, scharfer Bildgebung und Infrarotdaten aus dem Weltraum.
„Euclid ist ein echter Meilenstein“, sagt Daming Yang. „Früher konnten wir nur eine Handvoll der allerhellsten uralten Quasare finden, aber Euclid ermöglicht es uns, weitaus effizienter riesige Himmelsbereiche zu durchsuchen, um auch viel schwächeres Licht zu erfassen. Es ist ein einzigartiges Werkzeug für die Quasar-Jagd.“
Die Technik hinter der Entdeckung
Die 31 Quasare stammen aus Daten des Euclid Wide Survey. Diese Himmelsdurchmusterung soll nach Abschluss der Mission mehr als ein Drittel des Himmels abdecken. Dabei entstehen große Bild- und Infrarotdatensätze. Aus ihnen müssen Programme zunächst mögliche Quasar-Kandidaten herausfiltern.
Der Ablauf zeigt, wie stark moderne Astronomie von Datenverarbeitung abhängt:
- Automatisierte Auswahl: Algorithmen suchen nach Lichtquellen, deren Farben und Helligkeiten zu weit entfernten Quasaren passen.
- Mustererkennung: Machine-Learning-Verfahren helfen, Kandidaten von Vordergrundobjekten zu trennen.
- Kalibrierung: Messunsicherheiten, Instrumenteneffekte und Bildartefakte werden berücksichtigt.
- Nachbeobachtung: Bodengebundene Teleskope prüfen ausgewählte Kandidaten spektroskopisch. Dabei wird das Licht in seine Wellenlängen zerlegt, um die Rotverschiebung genauer zu bestimmen.
Erst diese Kette aus Beobachtung, Vorauswahl, Prüfung und Auswertung macht aus schwachen Lichtpunkten belastbare kosmologische Messpunkte. Die Entdeckung hängt deshalb nicht allein an Euclids Optik. Sie hängt ebenso an Software, Datenqualität und Beobachtungsstrategie.
„Dieser Fund verdoppelt die Anzahl der uns bekannten Quasare, die so alt sind, um mehr als das Doppelte“, sagt Antonio La Marca vom Euclid-Team. Die ersten rund zehn Quasare mit einer Rotverschiebung von z ≥ 7 zu finden, dauerte mehr als ein Jahrzehnt. Euclid fand bereits in einem Jahr mehr als diese Anzahl.
Was die Funde über frühe Schwarze Löcher verraten
Die Daten führen zurück zur Kernfrage: Wie konnten supermassereiche Schwarze Löcher so früh so massiv werden? Schwarze Löcher wachsen, indem sie Materie aufnehmen. Forschende sprechen von Akkretion. Sie können außerdem durch Verschmelzungen mit anderen Schwarzen Löchern größer werden. Beides braucht Zeit. Genau deshalb sind sehr frühe Quasare so interessant.
Besonders aufschlussreich ist EUCL J125308.55+705432.3, der zweitälteste Quasar der neuen Gruppe. Weitere Untersuchungen zeigen, dass er in einer staub- und gasreichen Galaxie sitzt. Dort entstehen offenbar viele neue Sterne. Das spricht dafür, dass frühe Schwarze Löcher und ihre Wirtsgalaxien gleichzeitig stark wachsen konnten.
Die neuen Daten beantworten die offenen Fragen noch nicht abschließend. Sie vergrößern aber die Stichprobe. Das ist für die Forschung entscheidend. Einzelne Rekordobjekte zeigen, was möglich ist. Eine größere Gruppe erlaubt belastbarere Vergleiche: Wie hell waren diese frühen Quasare? Wie schnell wuchsen ihre Schwarzen Löcher? Und welche Rolle spielte die Umgebung der jungen Galaxien?
Blick in die Epoche der Reionisation
Die Quasare stammen aus einer Phase, die Forschende als Epoche der Reionisation bezeichnen. Damals veränderte energiereiche Strahlung das Gas zwischen den Galaxien. Aus weitgehend neutralem Wasserstoff wurde nach und nach ionisiertes Gas. Diese Entwicklung prägte, wie Licht sich später durch den Kosmos ausbreiten konnte.
Frühe Quasare sind für diese Zeit doppelt interessant. Sie senden selbst energiereiche Strahlung aus. Gleichzeitig dienen sie als Hintergrundlicht. An ihrem Spektrum lässt sich ablesen, welches Material ihr Licht auf dem Weg zur Erde durchquert hat.
„Uralte Quasare sind seltene Entdeckungen. Sie sind nicht nur an sich interessant, sondern auch Zeitmaschinen, die es uns ermöglichen, das frühe Universum zu erforschen und zu verstehen, wie die erste Generation von Galaxien entstand“, sagt Valeria Pettorino, Projektwissenschaftlerin der ESA für Euclid.
Euclid steht erst am Anfang
Euclid wurde 2023 gestartet. Die Mission soll vor allem die großräumige Struktur des Universums kartieren und damit Dunkle Materie und Dunkle Energie besser untersuchbar machen. Dafür beobachtet das Teleskop Milliarden Galaxien. Nebenbei entsteht ein Datenfundus, der auch für andere Forschungsfragen wertvoll ist.
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