Es ist eine bekannte Tatsache unter Astronomen und Kosmologen, dass je weiter Sie in das Universum hineinschauen, desto weiter zurück in der Zeit, die Sie sehen. Und je näher die Astronomen dem Urknall sehen können, der vor 13,8 Milliarden Jahren stattfand, desto interessanter werden die Entdeckungen. Es sind diese Funde, die uns am meisten über die frühesten Perioden des Universums und seine nachfolgende Entwicklung lehren.
Beispielsweise haben Wissenschaftler, die den Weitfeld-Infrarot-Vermessungs-Explorer (WISE) und die Magellan-Teleskope verwenden, kürzlich das früheste Supermassive Black Hole (SMBH) bis heute beobachtet. Laut der Studie des Entdeckungsteams ist dieses Schwarze Loch ungefähr 800 Millionen Mal so groß wie die Masse unserer Sonne und befindet sich mehr als 13 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Damit ist es das am weitesten entfernte und jüngste SMBH, das bisher beobachtet wurde.
Die Studie mit dem Titel „Ein Schwarzes Loch mit einer Sonnenmasse von 800 Millionen in einem signifikant neutralen Universum mit einer Rotverschiebung von 7,5“ wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Natur. Unter der Leitung von Eduardo Bañados, einem Forscher der Carnegie Institution for Science, gehörten Mitglieder des Jet Propulsion Laboratory der NASA, des Max-Planck-Instituts für Astronomie, des Kavli-Instituts für Astronomie und Astrophysik, des Las Cumbres-Observatoriums und mehrerer Universitäten zum Team.
Wie bei anderen SMBHs handelt es sich bei dieser besonderen Entdeckung (mit J1342 + 0928 bezeichnet) um einen Quasar, eine Klasse superheller Objekte, die aus einem schwarzen Loch bestehen, das Materie im Zentrum einer massiven Galaxie ansammelt. Das Objekt wurde im Rahmen einer Vermessung entfernter Objekte entdeckt, bei der Infrarotdaten aus der WISE-Mission mit bodengestützten Vermessungen kombiniert wurden. Anschließend lieferte das Team Daten von den Magellan-Teleskopen des Carnegie Observatory in Chile.
Wie bei allen entfernten kosmologischen Objekten wurde die Entfernung von J1342 + 0928 durch Messung seiner Rotverschiebung bestimmt. Indem Astronomen messen, wie stark die Wellenlänge des Lichts eines Objekts durch die Ausdehnung des Universums gedehnt wird, bevor es die Erde erreicht, können sie bestimmen, wie weit es reisen musste, um hierher zu gelangen. In diesem Fall hatte der Quasar eine Rotverschiebung von 7,54, was bedeutet, dass es mehr als 13 Milliarden Jahre dauerte, bis sein Licht uns erreichte.
Wie Xiaohui Fan vom Steward Observatory der Universität von Arizona (und Mitautor der Studie) in einer Pressemitteilung von Carnegie erklärte:
„Diese große Entfernung macht solche Objekte von der Erde aus gesehen extrem schwach. Frühe Quasare sind auch am Himmel sehr selten. Es war bekannt, dass es trotz umfangreicher Suche bisher nur einen Quasar mit einer Rotverschiebung von mehr als sieben gab. “
Angesichts seines Alters und seiner Masse war die Entdeckung dieses Quasars für das Studienteam eine ziemliche Überraschung. Daniel Stern, Astrophysiker am Jet Propulsion Laboratory der NASA und Mitautor der Studie, erklärte in einer Pressemitteilung der NASA: „Dieses Schwarze Loch ist in nur 690 Millionen Jahren nach dem Urknall weitaus größer geworden, als wir erwartet hatten Theorien darüber, wie sich Schwarze Löcher bilden. “
Im Wesentlichen existierte dieser Quasar zu einer Zeit, als das Universum gerade erst aus dem hervorging, was Kosmologen das „dunkle Zeitalter“ nennen. Während dieser Zeit, die ungefähr 380.000 Jahre bis 150 Millionen Jahre nach dem Urknall begann, wechselwirkten die meisten Photonen im Universum mit Elektronen und Protonen. Infolgedessen ist die Strahlung dieser Zeit von unseren derzeitigen Instrumenten nicht nachweisbar - daher der Name.
Das Universum blieb in diesem Zustand ohne Lichtquellen, bis die Schwerkraft Materie zu den ersten Sternen und Galaxien kondensierte. Diese Periode ist als „Reinozation Epoch“ bekannt, die 150 Millionen bis 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall dauerte und durch die Bildung der ersten Sterne, Galaxien und Quasare gekennzeichnet war. Es wird so genannt, weil die von diesen alten Galaxien freigesetzte Energie dazu führte, dass der neutrale Wasserstoff des Universums angeregt und ionisiert wurde.
Sobald das Universum reionisiert war, konnten sich Photonen frei im Raum bewegen und das Universum wurde offiziell für Licht transparent. Dies macht die Entdeckung dieses Quasars so interessant. Wie das Team feststellte, ist ein Großteil des ihn umgebenden Wasserstoffs neutral, was bedeutet, dass es nicht nur der am weitesten entfernte Quasar ist, der jemals beobachtet wurde, sondern auch das einzige Beispiel für einen Quasar, der existierte, bevor das Universum reionisiert wurde.
Mit anderen Worten, J1342 + 0928 existierte während einer großen Übergangsphase für das Universum, die zufällig eine der gegenwärtigen Grenzen der Astrophysik darstellt. Als ob dies nicht genug wäre, wurde das Team auch durch die Masse des Objekts verwirrt. Damit ein Schwarzes Loch in dieser frühen Phase des Universums so massiv geworden ist, müssten besondere Bedingungen gegeben sein, um ein so schnelles Wachstum zu ermöglichen.
Was diese Bedingungen sind, bleibt jedoch ein Rätsel. Was auch immer der Fall sein mag, dieses neu entdeckte SMBH scheint mit erstaunlicher Geschwindigkeit Materie im Zentrum einer Galaxie zu verbrauchen. Und obwohl seine Entdeckung viele Fragen aufgeworfen hat, wird erwartet, dass der Einsatz zukünftiger Teleskope mehr über diesen Quasar und seine kosmologische Periode verraten wird. Wie Stern sagte:
"Mit mehreren noch sensibleren Einrichtungen der nächsten Generation, die derzeit gebaut werden, können wir in den kommenden Jahren viele aufregende Entdeckungen im sehr frühen Universum erwarten."
Zu diesen Missionen der nächsten Generation gehören die Euklid-Mission der Europäischen Weltraumorganisation und das Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop (WFIRST) der NASA. Während Euklid Objekte untersuchen wird, die sich in der Vergangenheit vor 10 Milliarden Jahren befanden, um zu messen, wie dunkle Energie die kosmische Evolution beeinflusst hat, wird WFIRST Weitfeld-Nahinfrarotuntersuchungen durchführen, um das Licht von einer Milliarde Galaxien zu messen.
Beide Missionen werden voraussichtlich weitere Objekte wie J1342 + 0928 enthüllen. Derzeit sagen Wissenschaftler voraus, dass sich nur 20 bis 100 Quasare am Himmel befinden, die so hell und weit entfernt sind wie J1342 + 0928. Als solche waren sie am meisten zufrieden mit dieser Entdeckung, die uns grundlegende Informationen über das Universum liefern soll, als es nur 5% seines gegenwärtigen Alters betrug.
