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Astronomen finden Doppelquasare

Erste Beobachtung enger Quasarpaare im Herzen ferner Galaxien

Doppelquasar
Diese Illustration zeigt zwei Quasare im Herzen einer fernen Galaxie. Gleich zwei solcher Doppelquasare hat nun das Hubble-Weltraumteleskop aufspürt.© NASA/ESA, J. Olmsted (STScI)

Strahlende Zwillinge: Astronomen haben zwei ferne Galaxien entdeckt, in deren Zentren jeweils ein Doppelquasar leuchtet – ein Paar supermassereicher, hochaktiver Schwarzer Löcher. Diese gepaarten Quasare entstanden wahrscheinlich durch eine Galaxienkollision und stehen nun selbst kurz vor der Verschmelzung. Für ihre Galaxien wird dies nachhaltige Folgen haben: Die enorme Strahlung der verschmelzenden Quasare bläst das Gas weg und „löscht“ die Sternbildung.

Quasare sind die Leuchtfeuer des fernen Kosmos: Ihr Licht strahlt über Milliarden Lichtjahre hinweg und zeugt von der enormen Aktivität des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum dieser Galaxien. Bisher sind alle bekannten Quasare allerdings „Einzelkämpfer“ – im Herzen jeder Galaxie sitzt nur ein aktives Schwarzes Loch. Doch der Theorie nach müsste es gerade im fernen, frühen Universum häufiger Galaxienverschmelzungen und damit Galaxien mit vorübergehend zwei  zentralen Schwarzen Löchern gegeben haben.

Im nahen Kosmos wurden solche Duos und Trios zentraler Schwarzer Löcher auch schon häufiger beobachtet – nicht jedoch im jungen, fernen Universum. „Wir schätzen, dass im fernen Universum jeweils ein Doppelquasar auf 1.000 Quasare kommt“, erklärt Erstautor Yue Shen von der University of Illinois in Urbana-Champaign. „Aber diese Doppelquasare zu finden, ist wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen.“ Denn sie sind für die meisten Teleskope nicht als getrennte Objekte erkennbar.

Doppelquasare
Hubble-Aufnahmen der beiden rund zehn Milliarden Lichtjahre entfernten Quasarpaare. © NASA/ESA, H. Hwang und N. Zakamska (Johns Hopkins University), Y. Shen (University of Illinois, Urbana-Champaign)

Zwillinge im Galaxienkern

Jetzt ist es den Astronomen um Shen erstmals gelungen, zwei solcher Doppelquasare aufzuspüren. Beide liegen mehr als zehn Milliarden Lichtjahre von uns entfernt und erscheinen mit erdbasierten Teleskopen als ganz normale Quasare. Doch durch eine Kombination von Bewegungsdaten des Gaia-Satelliten mit den hochauflösenden Optiken des Hubble-Weltraumteleskops gelang es den Forschenden, in jeder dieser beiden Galaxien zwei statt nur einer hellen Lichtquelle ausfindig zu machen.

Aus den Hubble-Aufnahmen geht hervor, dass die beiden Quasare in diesen Galaxien nur jeweils rund 10.000 Lichtjahre auseinander liegen. Sie sind einander damit weit näher als unsere Sonne dem Zentrum unserer Milchstraße – dieser Abstand beträgt rund 25.000 Lichtjahre. Die Nähe und Interaktion der Quasare lassen ihr Licht auf charakteristische Weise flackern, weshalb die Astronomen gezielt diese Galaxien mit dem Hubble-Teleskop anvisierten.

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„Hemmschuh“ für ihre Galaxien

„Dies sind die ersten Fälle von Doppelquasaren aus der Blütezeit der Galaxienbildung“, sagt Koautorin Nadia Zakamska von der Johns Hopkins University in Baltimore. „Dank ihrer Entdeckung können wir nun unsere Vorstellungen darüber überprüfen, wie supermassereiche Schwarze Löcher zusammenkommen.“ Klar scheint, dass diese Quasare aktiv wurden, weil die Verschmelzung ihrer Wirtsgalaxien zu Schwerkraftturbulenzen führte. Dadurch gerät vermehrt Material in den Einflussbereich der Schwarzen Löcher und wird verschlungen.

Einmal „angeknipst“, könnten die aktivierten Doppelquasare aber zum Hemmschuh für ihre Heimatgalaxien werden. Denn diese kosmischen Leuchtfeuer geben so starke Strahlung und Teilchenströme ab, dass diese fast alles Gas aus den Galaxien hinauswehen. Ohne dieses interstellare Gas stoppt jedoch auch die Sternbildung und es kommt zumindest vorübergehend zum Wachstumsstopp der Galaxie.

Test für gängige Theorien

„Quasare haben einen tiefgreifenden Einfluss auf die Galaxienentwicklung im Universum“, erläutert Zakamska. „Doppelquasare aus dieser frühen Epoche zu finden, ist daher besonders wichtig, weil wir an ihnen nun unsere etablierten Theorien zur gemeinsamen Entwicklung von Schwarzen Löchern und ihren Galaxien testen können.“

Das Astronomenteam hofft nun, mit der in dieser Studie erstmals ausprobierten Methode noch weitere Doppelquasare im frühen Kosmos aufzuspüren. „Sie eröffnet uns neue Möglichkeiten, solche spannenden Systeme zu finden, was mit früheren Techniken und Datensätzen noch nicht möglich war“, erklärt Koautor Hsiang-Chih Hwang von der Johns Hopkins University. (Nature Astronomy, 2021; doi: 10.1038/s41550-021-01323-1)

Quelle: NASA/ Goddard Space Flight Center

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