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Astronomen entdecken fernsten Megamaser

Leuchtstarker kosmischer Mikrowellen-Laser entstand bei einer Galaxienkollision

Hydroxyl-Megamaser
Ein kosmischer Megamaser entsteht, wenn angeregte Hydroxyl-Moleküle starke kohärente Mikrowellenstrahlung freisetzen. © IDIA/LADUMA

Strahlenbündel im All: Astronomen haben einen der hellsten Megamaser im Kosmos entdeckt – eine kosmische Quelle starker kohärenter Strahlung im Mikrowellenbereich. Das kosmische Strahlenbündel geht von einer rund fünf Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie aus und ist damit gleichzeitig der fernste je beobachtete Megamaser. Sein Licht wird von angeregten Hydroxyl-Molekülen (OH) produziert, wie das Team berichtet.

Ähnlich wie ein Laser erzeugt auch ein Maser kohärente – im Gleichtakt schwingende – Strahlung. Diese stimulierte Emission wird von Atomen oder Molekülen freigesetzt, die durch Energiezufuhr angeregt wurden und dann in einen energieärmeren Zustand zurückfallen. Anders als ein Laser sendet ein Maser aber nur Strahlung im Mikrowellenbereich aus, kann dafür aber auch durch natürliche kosmische Phänomene entstehen, beispielsweise in Sternenwiegen, Supernova-Relikten oder Galaxien.

MeerKAT
Radioteleskop des MeerKAT-Observatoriums in Südafrika. © South African Radio Astronomy Observatory

Kosmische Strahlenbündel

Einen besonders starken kosmischen Maser haben nun Astronomen um Marcin Glowacki von der Curtin University in Australien entdeckt. Solche sogenannten Megamaser haben die mehr als tausendfache Leuchtkraft der Sonne und stammen meist aus den Zentren ultraleuchtstarker Infrarotgalaxien. Ähnlich wie die viel schwächeren Maser in unserer eigenen Milchstraße gehen diese Hydroxyl-Megamaser auf die stimulierte Emission von OH-Molekülen zurück.

Aufgespürt haben die Astronomen den neuen Megamaser quasi im Vorbeigehen mit den Radioteleskopen des MeerKAT-Arrays in Südafrika. Im Rahmen des LADUMA-Projekts suchten sie den Nachthimmel gezielt nach Objekten im Bereich der Wasserstoffemission von 21 Zentimeter Wellenlänge ab. Dabei stieß das Team auf eine Strahlenquelle, deren Mikrowellenstrahlung im unteren Bereich des erfassten Spektrums lag – bei 18 Zentimetern, der typischen Wellenlänge von Hydroxyl-Megamasern.

Extrem hell und rekordträchtig fern

Nähere Analysen enthüllten: Die Strahlung stammt tatsächlich von einem kosmischen Megamaser. Dieser hat die 6300-fache Leuchtkraft der Sonne und gehört damit zu den leuchtstärksten je beobachteten Strahlungsquellen dieser Art: „Nur drei der bisher bekannten 53 Megamaser haben höhere Werte als dieser“, berichten Glowacki und seine Kollegen. Sie haben ihre neue Entdeckung daher Nkalakatha getauft, was auf Zulu soviel bedeutet wie „Großer Boss“.

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Noch spannender jedoch: Der Nkalakatha-Megamaser kommt aus einer Galaxie, die gut fünf Milliarden Lichtjahre von uns entfernt liegt. Damit ist dies der am weitesten entfernte Megamaser, der bisher bekannt ist. „Es ist beeindruckend, dass wir in nur einer einzigen Nacht der Beobachtung mit MeerKAT direkt einen solchen Rekord-Maser gefunden haben“, sagt Glowacki. „Es ist der fernste je mit einem Teleskop beobachtete Hydroxyl-Megamaser.“

Gleichzeitig ist die auch als LADUMAJ033046.20- 75518.1 bezeichnete Strahlenquelle auch der erste kosmische Megamaser, der quasi per Zufall gefunden wurde und nicht in einer speziell auf Megamaser gezielten Durchmusterung.

Galaxienkollision als Auslöser

Wie Astronomen herausfanden, geht der Nkalakatha-Megamaser von einer fernen Infrarotgalaxie aus, deren Leuchtkraft ebenfalls sehr hoch ist. Sie vermuten, dass dies an einer sehr aktiven Sternbildung liegt – möglicherweise in folge einer Galaxienkollision. „Wenn Galaxien kollidieren, wird das in ihnen vorhandene Gas extrem verdichtet“, erklärt Glowacki. Dies löst zum einen eine intensive Sternbildung aus, kann aber auch einen Megamaser erzeugen.

Das Team plant bereits, im Rahmen des LADUMA-Projekts nach weiteren fernen Megamasern zu suchen. „Wir hoffen, noch viele Entdeckungen zu machen“, so Glowacki. (Astrophysical Journal Letters, accepted; arXiv:2204.02523)

Quelle: International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR)

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