Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fütterung der ersten supermassereichen Schwarzen Löcher

19.12.2019

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien finden sich zunehmend in Entfernungen, die einem Alter des Universums von nur wenigen hundert Millionen Jahren entsprechen. Eine Gruppe von Astronomen unter der Leitung von Emanuele Paolo Farina vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg hat nun wichtige Erkenntnisse darüber gewonnen, wie diese Objekte so schnell anwachsen konnten. In der Umgebung von 12 von 31 untersuchten aktiven Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien haben sie ausgedehnte Wasserstoffwolken nachgewiesen, die ausreichend Nahrung liefern. Diese Studie ist heute in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal erschienen.

Quasare gehören zu den hellsten langlebigen Objekten des Universums. Deswegen können sie selbst auf größten Entfernungen im Weltall nachgewiesen werden. Mit zunehmender Entfernung der beobachteten Objekte schauen die Astronomen gleichzeitig immer weiter in die Vergangenheit des Kosmos zurück.


Rekonstruierte Bilder, die die Vielfalt der Verteilung von Wasserstoffgas (schwarze Konturen und rote Farben) in der Nähe von vier hochrotverschobenen Quasaren und ihren Wirtsgalaxien zeigen

Bild: E. Farina


Künstlerische Darstellung der Beobachtung von weit entfernten Quasaren im jungen Universum.

Bild: MPIA Grafikabteilung

Es handelt sich bei Quasaren um supermassereiche Schwarze Löcher mit Massen von mehr als einer Milliarde Sonnen in den Zentren von Galaxien, in die Gas und anderes Material hineinströmt. Dieses Gas heizt sich dabei so stark auf, dass es extrem hell strahlt.

Wie wuchsen die ersten supermassereichen Schwarzen Löcher?

Die ersten Quasare existierten bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Wie diese Schwarzen Löcher jedoch in der kurzen Zeit seit den ersten Sternen zu solch großen Massen anwachsen konnten, ist eines der größten Rätsel der Astronomie. Zudem bilden die Wirtsgalaxien dieser Quasare neue Sterne mit einer 100-mal höheren Rate als die Milchstraße und andere nahe Galaxien.

Simulationen wie Illustris TNG lassen Astronomen vermuten, dass dafür ständig enorme Mengen an Gas aus dem intergalaktischen Medium nachgeliefert werden, so dass die Wirtsgalaxien der jungen Quasare in Wolken aus Wasserstoffgas eingehüllt sein sollten. Bisher wurden nur eine Handvoll Quasare auf diese Weise untersucht.

In einem Anfang des Jahres veröffentlichten Artikel kartierte eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Alyssa Drake vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) nennenswerte Gasmengen um vier ferne Quasare.

Aufbauend auf den Vorarbeiten von Fabian Walter und Bram Venemans (beide MPIA) hat Emanuele Paolo Farina, der sowohl am MPIA als auch am Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) forscht, das Projekt REQUIEM (Reionization Epoch QUasar InvEstigation with MUSE) initiiert.

Diese systematische Studie sucht nach Anzeichen von Gaswolken in der Nähe der ersten Quasare, die bereits existierten, als das Universum lediglich eine Milliarde Jahre war. Eine Auswertung der ersten 31 untersuchten Objekte führte in 12 Fällen zum Nachweis von ausgedehnten und überraschend dichten Wasserstoffwolken. Sie alle umhüllen die Wirtsgalaxien und sind gravitativ an sie gebunden. Die Menge an Gas reicht aus, um die Aktivität der Quasare sowie die vermehrte Sternentstehung zu füttern.

Riesige Gaswolken verraten sich durch ein Leuchten im UV-Licht.

Die Astronomen entdeckten die Wasserstoffwolken durch ein charakteristisches Leuchten im UV-Licht. „Als wahrscheinlichste Erklärung für das leuchtende Gas dient der Mechanismus der Fluoreszenz“, erläutert Farina.

„Der Wasserstoff wandelt dabei die energiereiche Strahlung des Quasars in Licht mit einer bestimmten Wellenlänge um, die sich durch ein Glimmen bemerkbar macht.“ Aufgrund der großen Entfernung und der damit verbundenen kosmischen Rotverschiebung erscheint das Leuchten in den irdischen Teleskopen als rotes Licht.

Detektiert wurden diese Wolken durch den Spektrografen MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Chile. Neben der räumlichen Verteilung des Signals des Wasserstoffs misst MUSE zudem die Geschwindigkeit des Gases entlang der Sichtlinie. Aus der Analyse schließen die Wissenschaftler, dass das Gas radial zu den Zentren der Galaxien zu strömen scheint und so die Schwarzen Löcher füttert.

Wir stehen erst am Anfang.

Erst durch den Einsatz neuer, leistungsstarker Instrumente können wir die Bedingungen zu Beginn der Entwicklung der ersten supermassereichen Schwarzen Löcher und Galaxien studieren. „Die Entdeckung dieser ausgedehnten Wasserstoffgaswolken ist ein wichtiger Schritt hin zum Verständnis, wie diese Schwarzen Löcher innerhalb von wenigen hundert Millionen Jahren seit den ersten Sternen wachsen konnten“, stellt Farina fest.

„Wir beginnen mit den aktuellen Studien gerade erst zu erforschen, wie sich die ersten supermassereichen Schwarzen Löcher so schnell entwickeln konnten“, gibt Alyssa Drake zu bedenken. „Doch die neuen Instrumente wie MUSE sowie das zukünftige James Webb Space Telescope helfen uns dabei, diese spannenden Rätsel zu lösen.“


Kollaboration

Diese Forschungsarbeit wird ermöglicht durch eine Kollaboration von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, dem Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching, dem Department of Physics der University of California in Santa Barbara, USA, dem INAF Osservatorio di Astrofisica e Scienza dello Spazio in Bologna, Italien, der Europäischen Südsternwarte in Santiago, Chile, dem Steward Observatory der University of Arizona in Tucson, USA, dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, sowie dem INAF Osservatorio Astronomico di Arcetri in Florenz, Italien.

Medienkontakt

Dr. Markus Nielbock
Max-Planck-Institut für Astronomie
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Königstuhl 17
69117 Heidelberg
Telefon:+49 6221 528-134
E-Mail: pr@mpia.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Emanuele Paolo Farina
Max-Planck-Institut für Astronomie
E-Mail: farina@mpia.de

Alyssa Drake
Max-Planck-Institut für Astronomie
Telefon: +49 6221 528-353
E-Mail: drake@mpia.de

Originalpublikation:

Emanuele Paolo Farina et al.
"The REQUIEM Survey I: A Search for Extended Ly–Alpha Nebular Emission Around 31 z > 5.7 Quasars"
The Astrophysical Journal (Dezember 2019)
https://arxiv.org/abs/1911.08498
DOI: 10.3847/1538-4357/ab5847

Alyssa B. Drake et al.
"Lyα Halos around z ~ 6 Quasars"
The Astrophysical Journal, 881, 131 (2019)
https://arxiv.org/pdf/1906.07197.pdf
DOI: 10.3847/1538-4357/ab2984

Weitere Informationen:

https://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2019-12-erstequasare - Originalpressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie mit weiteren Bildern und Videos

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

Weitere Berichte zu: Astronomie Galaxien Gas MPIA Max-Planck-Institut Quasare Südsternwarte Telescope

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Robuste Materialien in Schwingung versetzt
07.07.2020 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kosmischer Stoßverkehr in der Stern- und Planetenentstehung
07.07.2020 | Max-Planck-Institut für Astronomie

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: Neue Methode führt zehnmal schneller zum Corona-Testergebnis

Forschende der Universität Bielefeld stellen beschleunigtes Verfahren vor

Einen Test auf SARS-CoV-2 durchzuführen und auszuwerten dauert aktuell mehr als zwei Stunden – und so kann ein Labor pro Tag nur eine sehr begrenzte Zahl von...

Im Focus: Robuste Materialien in Schwingung versetzt

Kieler Physikteam beobachtet in Echtzeit extrem schnelle elektronische Änderungen in besonderer Materialklasse

In der Physik werden sie zurzeit intensiv erforscht, in der Elektronik könnten sie ganz neue Funktionen ermöglichen: Sogenannte topologische Materialien...

Im Focus: Excitation of robust materials

Kiel physics team observed extremely fast electronic changes in real time in a special material class

In physics, they are currently the subject of intensive research; in electronics, they could enable completely new functions. So-called topological materials...

Im Focus: Neues Verständnis der Defektbildung an Silizium-Elektroden

Theoretisch lässt sich das Speichervermögen von handelsüblichen Lithiumionen-Batterien noch vervielfachen – mit einer Elektrode, die auf Silizium anstatt auf Graphit basiert. Doch in der Praxis machen solche Akkus mit Silizium-Anoden nach wenigen Lade-Entlade-Zyklen schlapp. Ein internationales Team um Forscher des Jülicher Instituts für Energie- und Klimaforschung hat jetzt in einzigartiger Detailgenauigkeit beobachtet, wie sich die Defekte in der Anode ausbilden. Dabei entdeckten sie bislang unbekannte strukturelle Inhomogenitäten in der Grenzschicht zwischen Anode und Elektrolyt. Die Erkenntnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.

Silizium-basierte Anoden können in Lithium-Ionen-Akkus prinzipiell neunmal so viel Ladung speichern wie der üblicherweise verwendete Graphit, bei gleichem...

Im Focus: Ein neuer Weg zur superschnellen Bewegung von Flussschläuchen in Supraleitern entdeckt

Ein internationales Team von Wissenschaftern aus Österreich, Deutschland und der Ukraine hat ein neues supraleitendes System gefunden, in dem sich magnetische Flussquanten mit Geschwindigkeiten von 10-15 km/s bewegen können. Dies erschließt Untersuchungen der reichen Physik nichtlinearer kollektiver Systeme und macht einen Nb-C-Supraleiter zu einem idealen Materialkandidaten für Einzelphotonen-Detektoren. Die Ergebnisse sind in Nature Communications veröffentlicht.

Supraleitung ist ein physikalisches Phänomen, das bei niedrigen Temperaturen in vielen Materialien auftritt und das sich durch einen verschwindenden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung für Nuklearmedizin

07.07.2020 | Veranstaltungen

Corona-Apps gegen COVID-19: Nationalakademie Leopoldina veranstaltet internationales virtuelles Podiumsgespräch

07.07.2020 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz QuApps zeigt Status Quo der Quantentechnologie

02.07.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Social Learning in der Firma und virtuelle Seminarräume für Mitarbeiter

07.07.2020 | Seminare Workshops

„Maschinen-EKG“ soll Umwelt schonen

07.07.2020 | Maschinenbau

Erneuter Weltrekord für speedCIGS

07.07.2020 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics