Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Entdeckung im frühen Universum stellt Modelle für Schwarzes-Loch-Wachstum infrage

12.05.2017

Quasare sind hell leuchtende, weithin sichtbare kosmische Objekte, in deren Zentren sich supermassereiche Schwarze Löcher befinden. Einfallende Materie erhöht die Masse des Schwarzen Lochs und liefert andererseits die Energie für das Leuchten der Quasare. Jetzt haben Astronomen unter der Leitung von Christina Eilers extrem junge und ungewöhnliche Quasare gefunden. Diese Quasare sammeln erst seit rund 100,000 Jahren Materie, haben aber bereits eine Masse von rund einer Milliarde Sonnenmassen. Herkömmlichen Modellen zufolge hätten die Quasare mindestens tausend Mal länger Materie auf sich ziehen müssen, um diese Masse zu erreichen. Die Ergebnisse sind im Astrophysical Journal erschienen.

Im Herzen jeder Galaxie befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch. Die Entstehungs- und Wachstumsgeschichte dieser Schwarzen Löcher bis hin zu ihren derzeitigen Massen von Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen ist eine offene Frage der Forschung.


Künstlerische Darstellung: Quasar mit zentralem Schwarzen Loch, umgebender heißer Scheibe und gegenläufigen Teilchen-Jets

Bild: MPIA

Zumindest einige Phasen des Wachstums sind weithin sichtbar: Wenn größere Mengen an Materie in das Schwarze Loch fallen, dann sendet die Materie in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs enorme Mengen an Licht aus. Damit ist das Schwarze Loch vorübergehend zu einem Quasar geworden – zu einem der hellsten Objekte im Universum.

Drei ungewöhnlich junge Quasare

Jetzt haben Forscher vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) drei Quasare gefunden, welche die herkömmlichen Vorstellungen zum Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher infrage stellen. Diese Quasare besitzen eine große Masse, aber sollten eigentlich keine Zeit gehabt haben, diese Masse überhaupt anzusammeln.

Die Entdeckung, die auf Beobachtungen am W. M. Keck-Observatorium auf Hawaii beruht, ist Folge eines Blicks in die kosmische Vergangenheit: Aufgrund ihrer großen Helligkeit sind Quasare bis in große kosmische Entfernungen sichtbar. Die Astronomen beobachteten Quasare, deren Licht fast 13 Milliarden Jahre zu uns unterwegs war. Ihre Aufnahmen zeigen die Quasare daher nicht so, wie sie jetzt sind, sondern so, wie sie vor rund 13 Milliarden Jahren waren, weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall.

Ein Problem von Masse und Zeitskalen

Die betreffenden Quasare haben Massen von rund einer Milliarden Sonnenmassen. Alle aktuellen Modelle für das Wachstum Schwarzer Löcher sagen voraus, dass solch eine Masse nur erreicht werden kann, wenn das Schwarze Loch für mindestens 100 Millionen Jahre Materie an sich zieht – und in diesem Zeitraum als Quasar leuchtet.

Diese drei Quasare hier waren aber offenbar nur über einen sehr viel kürzeren Zeitraum aktiv, nämlich weniger als 100,000 Jahre. "Das ist ein überraschendes Ergebnis" erklärt Christina Eilers, Doktorandin am MPIA und Erstautorin der hier vorgestellten Studie. "Wir verstehen nicht, wie die supermassereichen Schwarzen Löcher dieser Quasare in so kurzer Zeit auf so große Massen anwachsen konnten."

Um festzustellen, wie lange die beobachteten Quasare bereits aktiv waren, untersuchten die Astronomen, wie die Quasare ihre kosmische Umgebung beeinflussten. Ihr Augenmerk galt dabei der aufgeheizten, weitgehend durchsichtigen "proximity zone", zu deutsch etwa der Nah-Zonen um jeden der Quasare. "Mithilfe von Simulationen die zeigen, wie das Licht der Quasare das umgebende Gas aufheizt und ionisiert, können wir voraussagen, wie groß die Nah-Zone jedes der Quasare sein sollte" erklärt Frederick Davies, Postdoktorand am MPIA und Experte für die Wechselwirkung zwischen Quasarlicht und intergalaktischem Gas. Sobald der Quasar durch einfallende Materie "angeschaltet" wurde, wird diese Nah-Zone rasch immer größer. "Nach 100,000 Jahren sollten die Quasare bereits ausgedehnte Nah-Zonen besitzen."

Zu wenig Zeit zum Wachsen?

Überraschenderweise hatten diese drei Quasare allerdings ausnehmend kleine Nah-Zonen – was anzeigt, dass die aktive Quasar-Phase nicht vor mehr als 100,000 Jahren angefangen haben kann. "Keines der heutigen Modelle kann die Existenz dieser Objekte erklären" sagt Professor Joseph Hennawi, Leiter der Forschergruppe am MPIA in der die Entdeckung gelang. "Die Entdeckung dieser jungen Objekte stellt für die derzeitigen Theorien zur Entstehung Schwarzer Löcher eine Herausforderung da. Wir brauchen neue Modelle um zu verstehen, wie Schwarze Löcher und Galaxien entstanden sind."

Die Astronomen haben ihre nächsten Schritte bereits geplant. Christina Eilers sagt: "Wir möchten noch weitere solche jungen Quasare finden. Unsere drei ungewöhnlichen Quasare könnten im Prinzip Ausnahmefälle sein – weitere Beispiele würden zeigen, dass ein signifikanter Anteil der bekannten Quasare jünger ist als gedacht." Die Forscher haben bereits Beobachtungszeit für eine Reihe weiterer Kandidaten beantragt. Die Ergebnisse, so hoffen sie, sollten wichtige Prüfsteine für neue Modelle der Entstehung der ersten supermassereichen Schwarzen Löcher im Universum liefern und uns damit auch besser verstehen helfen, wie die gigantischen supermassereichen Schwarzen Löcher in heutigen Galaxien wie unserer Milchstraße im Laufe der kosmischen Geschichte entstanden sind.

Kontaktinformationen

Anna-Christina Eilers (Erstautorin)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49|0) 6221 528-432
E-Mail: eilers@mpia.de

Markus Pössel (Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: (+49|0) 6221 528-261
E-Mail: pr@mpia.de

Hintergrundinformationen

Die hier beschriebenen Ergebnisse sind veröffentlicht als A.-C. Eilers, "Implications of z ∼ 6 Quasar Proximity Zones for the Epoch of Reonisation and Quasar Lifetimes" in der Ausgabe vom 2. Mai 2017 des Astrophysical Journal.

Die beteiligten MPIA-Forscher sind

Anna-Christina Eilers, Frederick B. Davies, Joseph F. Hennawi (auch University of California, Santa Barbara) und Chiara Mazzuchelli

in Zusammenarbeit mit

J. Xavier Prochaska (University of California, Santa Cruz) und Zarija Lukic (Lawrence Berkeley National Laboratory).

A.-C. Eilers und C. Mazzuchelli sind Mitglieder der International Max Planck Research School for Astronomy and Cosmic Physics an der Universität Heidelberg.

Weitere Informationen:

http://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2017-05-junge-quasare - Online-Version der Pressemitteilung mit weiteren Materialien
http://dx.doi.org/10.3847/1538-4357/aa6c60 - Link zum Fachartikel

Dr. Markus Pössel | Max-Planck-Institut für Astronomie

Weitere Berichte zu: Astronomie Entdeckung Galaxien MPIA Max-Planck-Institut Quasare Sonnenmassen Universum

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Alternder Stern bläst Materie von sich
21.09.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas
19.09.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Granulare Materie blitzschnell im Bild

21.09.2017 | Verfahrenstechnologie

Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Überleben auf der Schneeball-Erde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie