Schlagwort: Quasar

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Eine Karte des beobachtbaren Universums

Ein Viertelkreis ist unten an der Spitze hell, geht von innen nach außen in rot über, dann blau, außen am Kreisbogen ist die Hintergrundstrahlung abgebildet.

Bildcredit und Bildrechte: B. Ménard und N. Shtarkman; Daten: SDSS, Planck, JHU, Sloan, NASA, ESA

Was wäre, wenn wir bis zum Rand des beobachtbaren Universums sehen könnten? Wir würden Galaxien hinter Galaxien sehen und dahinter nochmals Galaxien, und dahinter, nun ja, Quasare, das sind die hellen Zentren weit entfernter Galaxien.

Für ein besseres Verständnis der allergrößten Größenordnungen, die der Menschheit zugänglich sind, wurde eine Karte aller Galaxien und Quasare erstellt, die von 2000 bis 2020 mit der Sloan Digital Sky Survey (eine digitale Himmelsdurchmusterung) entdeckt wurden. Die Karte reicht bis zum Rand des beobachtbaren Universums.

Das Bild zeigt einen Keil der Karte mit ungefähr 200.000 Galaxien und Quasaren. Sie überblickt einen Zeitraum, der 12 Milliarden Jahre in die Vergangenheit reicht, das entspricht der kosmologischen Rotverschiebung 5.

Fast jeder Punkt im nahen unteren Teil der Illustration zeigt eine Galaxie. Die Rottöne zeigen die zunehmende Rotverschiebung und Entfernung. Ebenso zeigt fast jeder Punkt im obern Teil einen fernen Quasar. Blau schattierte Punkte sind näher als rote. Viele Entdeckungen zeigen deutlich, wie die Gravitation zwischen Galaxien dazu führte, dass sich das nahe Universum zu immer ausgeprägteren Faserstrukturen verdichtete als das ferne Universum.

Detailreichere Karte des heutigen APOD

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Illustration: Ein früher Quasar

Künstlerische Illustration eines sehr alten Quasars im frühen Universum.

Illustrationscredit und Lizenz: ESO, M. Kornmesser

Beschreibung: Wie sahen die ersten Quasare aus? Von den nächstliegenden Quasaren wissen wir heute, dass es sich um sehr massereiche Schwarze Löcher in den Zentren aktiver Galaxien handelt. Gas und Staub, die auf einen Quasar fallen, leuchten hell und überstrahlen manchmal ihre gesamte Heimatgalaxie.

Quasare aus den ersten Milliarden Jahren des Universums sind jedoch noch rätselhafter. Jüngste Daten ermöglichten eine künstlerische Darstellung, wie ein Quasar aus der Frühzeit des Universums ausgesehen haben könnte: Im Zentrum befindet sich ein massereiches Schwarzes Loch, das von Hüllen aus Gas und einer Akkretionsscheibe umgeben ist und einen mächtigen Strahl ausstößt.

Quasare gehören zu den fernsten Objekten, die wir sehen. Sie liefern der Menschheit einzigartige Information über das frühe und das dazwischenliegende Universum. Die ältesten Quasare, die wir derzeit kennen, haben eine Rotverschiebung von knapp 8 – das ist nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall, als das Universum nur ein paar Prozent seines heutigen Alters hatte.

Wien, 26. Februar 2022, 18h: Führung im Sterngarten mit APOD-Übersetzerin
Wien, Ladenkonzept Nähe Votivkirche: Kostenlose Kalender (leichte Mängel)

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Die Einsteinkreuz-Gravitationslinse

Das Einsteinkreuz im Sternbild Pegasus. Eine kleine schwache Galaxie mit vier hellen Punkten in der Mitte.

Bildcredit und Lizenz: J. Rhoads (Arizona State U.) et al., WIYN, AURA, NOIRLab, NSF

Beschreibung: Die meisten Galaxien haben einen einzigen Kern – hat diese Galaxie vier? Die seltsame Antwort führt Astronominnen und Astronomen zu dem Schluss, dass der eigentliche Kern der umgebenden Galaxie auf diesem Bild gar nicht sichtbar ist, sondern dass das Kleeblatt in der Mitte vielmehr Licht ist, das von einem Quasar im Hintergrund abgestrahlt wird. Das Gravitationsfeld der sichtbaren Galaxie im Vordergrund bricht das Licht des fernen Quasars in vier Einzelbilder.

Damit wir eine Fata Morgana wie diese sehen, muss der Quasar exakt hinter dem Zentrum einer massereichen Galaxie liegen. Der Effekt wird allgemein als Gravitationslinseneffekt bezeichnet, dieser spezielle Fall ist als Einsteinkreuz bekannt. Noch seltsamer ist, dass die relativen Helligkeiten der Bilder des Einsteinkreuzes schwanken, weil sie gelegentlich durch einen zusätzlichen gravitativen Mikrolinseneffekt einzelner Sterne in der Vordergrundgalaxie verstärkt werden.

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SS 433: Doppelstern-Mikroquasar


Animationscredit: DESY, Science Communication Lab

Beschreibung: SS 433 ist eines der exotischsten Sternsysteme, die wir kennen. Sein unscheinbarer Name entstand durch seinen Eintrag in einem Katalog von Milchstraßensternen, die eine für atomaren Wasserstoff charakteristische Strahlung aussenden. Sein auffälliges Verhalten stammt von einem kompakten Objekt – einem schwarzen Loch oder Neutronenstern –, um das sich eine Akkretionsscheibe mit Ausströmungen gebildet hat. Da die Scheibe und die Ausströmungen von SS 433 jenen um sehr massereiche schwarze Löcher in den Zentren ferner Galaxien ähneln, vermutet man, dass SS 433 ein Mikroquasar ist.

Dieses animierte Video basiert auf Beobachtungsdaten. Es zeigt einen massereichen, heißen, normalen Stern, der gemeinsam mit dem kompakten Objekt in einer Umlaufbahn gefangen ist. Zu Beginn des Videos sieht man, wie durch Gravitation Materie vom normalen Stern losgerissen wird, die auf eine Akkretionsscheibe fällt. Der Zentralstern stößt Strahlen aus ionisiertem Gas in entgegengesetzte Richtungen aus – mit jeweils etwa einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit.

Im nächsten Abschnitt zeigt das Video eine Aufsicht auf die ausströmenden Strahlen, die eine Präzessionsbewegung ausführen und dabei eine sich ausdehnende Spirale erzeugen. Danach sieht man die sich ausbreitenden Strahlen aus noch größerer Entfernung nahe dem Zentrum im Supernovaüberrest W50.

Vor zwei Jahren fand man mithilfe der HAWC-Detektoranordnung in Mexiko unerwartet heraus, dass SS 433 Gammastrahlen mit ungewöhnlich hoher Energie (im TeV-Bereich) aussendet. Doch es gibt weitere Überraschungen: Eine aktuelle Analyse von Archivdaten des NASA–Satelliten Fermi zeigt eine Gammastrahlenquelle, die – wie man hier sieht – von den Zentralsternen getrennt ist, und die aus bisher unbekannten Gründen Gammastrahlenpulse mit einer Periode von 162 Tagen aussendet – das entspricht der Präzessionsperiode der Strahlen von SS 433.

Lehrende und Studierende: Ideen für die Verwendung von APOD im Lehrsaal
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Neutrino trifft zeitgleich mit fernem Blazarstrahl ein

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Illustrationscredit: DESY, Labor für Wissenschaftskommunikation

Beschreibung: Mit Geräten, die unter dem Südpol der Erde tief im Eis eingefroren sind, hat die Menschheit anscheinend ein Neutrino aus dem fernen Universum entdeckt. Falls das bestätigt wird, markiert es den ersten eindeutigen Nachweis kosmologisch weit entfernter Neutrinos und den Beginn eines beobachteten Zusammenhangs zwischen energiereichen Neutrinos und kosmischer Strahlung, die durch mächtige Ströme aus aufflackernden Quasaren (Blazare) erzeugt werden.

Nachdem der antarktische IceCube-Detektor im September 2017 ein energiereiches Neutrino gemessen hatte, begannen viele der weltweit größten Observatorien mit der Suche nach seinem Gegenstück im sichtbaren Licht. Und sie fanden es. Ein solches Gegenstück wurde unter anderem vom Weltraumobservatorium Fermi der NASA ermittelt, welches herausfand, dass der Gammastrahlenblazar TXS 0506+056 in der richtigen Richtung stand und die Gammastrahlen eines Blitzes fast exakt zeitgleich mit dem Neutrino eintrafen. Obwohl diese und weitere Übereinstimmungen von Position und Zeit statistisch stark sind, warten Astronomen weitere ähnliche Zusammenhänge zwischen Neutrinos und Blazar-Licht, um ganz sicher zu gehen.

Diese künstlerische Darstellung zeigt einen Teilchenstrahl, der von einem Schwarzen Loch im Zentrum eines Blazars ausströmt.

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Die Einsteinkreuz-Gravitationslinse

Mitten im Bild leuchtet ein Bündel aus vier Lichtpunkten, das von einem blassen Nebel umgeben ist.

Bildcredit und Bildrechte: J. Rhoads (Arizona State U.) et al., WIYN, AURA, NOAO, NSF

Beschreibung: Die meisten Galaxien haben einen einzigen Kern – hat diese Galaxie vier? Forschende der Astronomie kommen zu dem seltsamen Schluss, dass der Kern der umgebenden Galaxie auf diesem Bild nicht einmal sichtbar ist. Stattdessen besteht das Kleeblatt in der Mitte aus Licht, das von einem Quasar im Hintergrund abgestrahlt wird.

Das Gravitationsfeld der im Vordergrund sichtbaren Galaxie bricht das Licht dieses fernen Quasars in vier Einzelbilder. Für eine Illusion wie diese muss der Quasar exakt hinter dem Zentrum der massereichen Galaxie liegen. Der Effekt wird als Gravitationslinseneffekt bezeichnet, diese spezielle Linse ist als Einsteinkreuz bekannt. Noch seltsamer ist, dass die relative Helligkeit der Bilder im Einsteinkreuz variiert, weil sie gelegentlich durch zusätzliche Mikrolinseneffekte einzelner Sterne in der Vordergrundgalaxie verstärkt wird.

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Vier Quasarbilder umgeben eine Galaxienlinse

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: ESA/Hubble, NASA, Sherry Suyu et al.

Beschreibung: Das Seltsame an dieser Gruppe aus Lichtern in der Mitte ist, dass vier davon derselbe ferne Quasar sind, weil die Galaxie im Vordergrund – in der Mitte der Quasarbilder und hier vorgestellt – als unruhige Gravitationslinse wirkt. Vielleicht noch seltsamer ist, dass man durch Beobachtung des Flackerns dieses Quasars im Hintergrund die Expansionsgeschwindigkeit des Universums schätzen kann, weil die Flackerabläufe zunehmen, wenn die Expansionsgeschwindigkeit steigt. Manche Astronomen sehen das Verrückteste darin, dass diese mehrfach abgebildeten Quasare ein Hinweis auf ein Universum sind, das etwas schneller expandiert als mithilfe verschiedener Methoden, die für das frühe Universum gelten, geschätzt wurde. Das ist so, weil … nun ja, niemand weiß, warum. Zu den Gründen könnte eine unerwartete Verteilung Dunkler Materie, ein unerwarteter Gravitationseffekt oder etwas ganz Anderes zählen. Vielleicht beseitigen künftige Beobachtungen und Analysen dieses und ähnlich gebrochener Quasarbilder diese Unklarheiten.

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Die Einsteinkreuz-Gravitationslinse

Mitten im Bild ist eine sehr blasse Galaxie mit Spiralarmen. In der Mitte leuchten sehr helle Flecken in Form eines Kleeblattes, sie bilden ein Einsteinkreuz und stammen von einem dahinter liegenden Quasar.

Bildcredit und Bildrechte: J. Rhoads (Arizona State U.) et al., WIYN, AURA, NOAO, NSF

Die meisten Galaxien haben einen einzelnen Kern. Hat diese Galaxie vier? Die seltsame Antwort führt zu dem Schluss, dass der Kern der umgebenden Galaxie auf diesem Bild gar nicht zu sehen ist. Das Kleeblatt in der Mitte ist vielmehr Licht, das von einem dahinter liegenden Quasar abgestrahlt wird.

Das Gravitationsfeld der sichtbaren Vordergrundgalaxie bricht das Licht des fernen Quasars in vier Einzelbilder. Der Quasar muss genau hinter der Mitte einer massereichen Galaxie liegen, damit eine Fata Morgana wie diese entsteht. Der Effekt wird als Gravitationslinseneffekt bezeichnet. Dieser spezielle Fall wird Einsteinkreuz genannt.

Noch seltsamer ist jedoch, dass die relative Helligkeit der Bilder im Einsteinkreuz variiert. Das wird durch einen gelegentlichen zusätzlichen Mikrogravitationslinseneffekt einzelner Sterne in der Vordergrundgalaxie verursacht.

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