Das Wort Quasar steht für quasi-stellare Radioquelle. Quasare erhielten diesen Namen, weil sie sternähnlich aussahen, als Astronomen sie in den späten 1950er und frühen 60er Jahren zum ersten Mal bemerkten. Aber Quasare sind keine Sterne. Sie sind jetzt als junge Galaxien bekannt, die sich in großer Entfernung von uns befinden und deren Anzahl zum Rand des sichtbaren Universums hin zunimmt. Wie können sie so weit weg und doch sichtbar sein? Die Antwort ist, dass Quasare extrem hell sind, bis zu 1.000 mal heller als unsere Milchstraße. Wir wissen daher, dass sie sehr aktiv sind und erstaunliche Mengen an Strahlung über das gesamte elektromagnetische Spektrum aussenden.
Weil sie weit weg sind, sehen wir diese Objekte so, wie sie waren, als unser Universum jung war. Der älteste Quasar ist J0313-1806. Seine Entfernung wurde mit 13, 03 Milliarden Lichtjahren gemessen, und deshalb sehen wir es so, wie es nur 670 Millionen Jahre nach dem Urknall war.
Was geschah zu dieser Zeit in unserem Universum, um Quasare so erstaunlich hell zu machen?
Astronomen glauben nun, dass Quasare die extrem leuchtenden Zentren von Galaxien in ihren Kinderschuhen sind. Nach Jahrzehnten intensiver Forschung haben wir einen anderen Begriff für diese Objekte: Ein Quasar ist eine Art aktiver galaktischer Kern oder AGN. Es gibt tatsächlich viele verschiedene Arten von AGNs, jede mit ihrer eigenen Geschichte zu erzählen. Es wird angenommen, dass die intensive Strahlung, die von einem AGN freigesetzt wird, von einem supermassiven Schwarzen Loch in seinem Zentrum angetrieben wird. Die Strahlung wird emittiert, wenn Material in der Akkretionsscheibe, die das Schwarze Loch umgibt, durch die intensive Reibung, die durch die Partikel aus Staub, Gas und anderer Materie in der Scheibe erzeugt wird, die unzählige Male miteinander kollidieren, auf Millionen von Grad überhitzt wird.
Die innere Spirale der Materie in der Akkretionsscheibe eines supermassiven Schwarzen Lochs – also im Zentrum eines Quasars – ist das Ergebnis von Teilchen, die kollidieren und gegeneinander prallen und an Schwung verlieren. Dieses Material stammte aus den riesigen Gaswolken, die hauptsächlich aus molekularem Wasserstoff bestanden und das Universum in der Zeit kurz nach dem Urknall füllten.
So positioniert, wie sie im frühen Universum waren, hatten Quasare einen riesigen Vorrat an Materie, von dem sie sich ernähren konnten.
Wenn sich die Materie in der Akkretionsscheibe eines Quasars / Schwarzen Lochs erwärmt, erzeugt sie Radiowellen, Röntgenstrahlen, ultraviolettes und sichtbares Licht. Der Quasar wird so hell, dass er ganze Galaxien überstrahlen kann. Aber denken Sie daran … Quasare sind sehr weit weg. Sie sind so weit von uns entfernt, dass wir nur den aktiven Kern oder Kern der Galaxie beobachten, in der sie sich befinden. Wir sehen nichts von der Galaxie außer ihrem hellen Zentrum. Es ist, als würde man nachts einen entfernten Autoscheinwerfer sehen: Sie haben keine Ahnung, welchen Autotyp Sie betrachten, da sich alles außer dem Scheinwerfer in Dunkelheit befindet.
Andererseits gibt es Galaxien, die nicht als Quasare eingestuft werden, aber dennoch helle, aktive Zentren haben, in denen wir den Rest der Galaxie sehen können. Ein Beispiel für diese Art von AGN ist eine Seyfert-Galaxie nach dem verstorbenen Astronomen Carl Keenan Seyfert, der sie als erster identifizierte.
Seyfert-Galaxien machen vielleicht 10% aller Galaxien im Universum aus: Sie werden nicht als Quasare eingestuft, weil sie viel jünger sind und klar definierte Strukturen haben, sondern als die eher formlosen und amorphen jungen Galaxien, von denen angenommen wird, dass sie bereits wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall Quasare beherbergt haben.
Aber denken Sie nur an die Energiemengen, die erforderlich sind, um ein Objekt ausreichend zu beleuchten, um es in Radiowellen aus den entferntesten Bereichen des Universums sichtbar zu machen, wie ein Seemann, der einen entfernten Leuchtturm über einen ganzen Ozean erblicken kann. Quasare können bis zu tausendmal die Energie der kombinierten Leuchtkraft der etwa 200 Milliarden Sterne in unserer eigenen Milchstraße emittieren. Ein typischer Quasar ist 27 Billionen Mal heller als unsere Sonne! Ersetzen Sie die Sonne am Himmel durch einen Quasar und seine unglaubliche Leuchtkraft würde Sie sofort blenden, wenn Sie tollkühn genug wären, ihn direkt zu betrachten. Wenn Sie einen Quasar in der Entfernung von Pluto platzieren würden, würde er alle Ozeane der Erde in einer Fünftelsekunde verdampfen lassen.
Astronomen glauben, dass die meisten, wenn nicht alle großen Galaxien in ihrer Jugend, kurz nach ihrer Entstehung, eine sogenannte „Quasarphase“ durchliefen. Wenn ja, ließen sie in der Helligkeit nach, als ihnen die Materie ausging, um die Akkretionsscheibe zu füttern, die ihre supermassiven Schwarzen Löcher umgibt. Nach dieser Epoche ließen sich Galaxien in Ruhe nieder, ihre zentralen Schwarzen Löcher hungerten nach Material, von dem sie sich ernähren konnten. Es wurde jedoch beobachtet, dass das Schwarze Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxie kurzzeitig aufflammt, wenn vorbeiziehendes Material in sie eindringt und Radiowellen und Röntgenstrahlen freisetzt. Es ist denkbar, dass ganze Sterne auseinandergerissen und verzehrt werden, wenn sie den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs überqueren, den Punkt ohne Wiederkehr.
Es muss jedoch darauf hingewiesen werden, dass unser Wissen über die Entwicklung von Galaxien – vom jugendlichen Quasar zur ruhenden Galaxie mittleren Alters – noch lange nicht vollständig ist. Galaxien bieten uns oft Ausnahmen, und als Beispiel brauchen wir nicht weiter als unsere eigene Milchstraße zu suchen. Wir wissen jetzt zum Beispiel, dass es vor 3, 5 Millionen Jahren im Zentrum unserer Galaxie eine gigantische Explosion gab, die als Seyfert-Fackel bekannt ist. Es war anscheinend auf Sagittarius A *, dem supermassiven Schwarzen Loch der Milchstraße, zentriert und produzierte zwei riesige Lappen überhitzten Plasmas, die sich etwa 25.000 Lichtjahre vom Nord- und Südpol der Galaxie entfernt erstreckten. Diese riesigen Lappen werden Fermi-Blasen genannt und sind heute bei Gamma- und Röntgenwellenlängen (sehr hochfrequente elektromagnetische Emissionen) sichtbar.
Astronomen lernen also immer noch etwas über die Besonderheiten der Galaxienentwicklung.
In der Tat war die Geschichte der Quasare für Astronomen kein einfacher Weg. Als in den späten 1950er Jahren erstmals Quasare entdeckt wurden, sahen Astronomen mit Radioteleskopen sternähnliche Objekte, die Radiowellen ausstrahlten (daher quasi-stellare Radioobjekte), die jedoch in optischen Teleskopen nicht sichtbar waren. Ihre Ähnlichkeit mit Sternen, ihre Helligkeit und ihre kleinen Winkeldurchmesser ließen die damaligen Astronomen verständlicherweise davon ausgehen, dass sie Objekte in unserer eigenen Galaxie betrachteten. Die Untersuchung der Radiospektren dieser Objekte ergab jedoch, dass sie mysteriöser waren, als irgendjemand erwartet hatte.
Viele frühe Beobachtungen von Quasaren, darunter die von 3C48 und 3C273, den ersten beiden entdeckten Quasaren, wurden in den frühen 1960er Jahren vom britisch-australischen Astronomen John Bolton gemacht. Er und seine Kollegen waren verwirrt darüber, dass Quasare in optischen Teleskopen nicht sichtbar waren. Sie wollten die sogenannten „optischen Gegenstücke“ von Quasaren finden, also einen Quasar, der für ihre Augen in einem Teleskop sichtbar ist und nicht nur mit Funkinstrumenten nachweisbar ist.
Astronomen wussten zu dieser Zeit einfach nicht, dass Quasare extrem weit entfernt waren, zu weit, als dass ihre optischen Gegenstücke zu dieser Zeit von der Erde aus sichtbar sein könnten, obwohl sie an sich brillante Objekte waren. Aber dann, im Jahr 1963, fanden die Astronomen Allan Sandage und Thomas A. Matthews, wonach sie suchten: Was schien ein schwacher, blauer Stern an der Stelle eines bekannten Quasars zu sein. Als sie ihr Spektrum nahmen, waren sie ratlos: Es sah aus wie nichts, was sie jemals zuvor gesehen hatten. Sie konnten weder Kopf noch Zahl daraus machen.
Dann konnten Bolton und sein Team mit dem 200-Zoll (5 m) Hale-Teleskop Quasar 3C273 beobachten, wie er hinter dem Mond vorbeizog. Diese Beobachtungen lassen sie auch Spektren erhalten. Und wieder sahen die Spektren seltsam aus und zeigten unkenntliche Emissionslinien. Diese Linien sagen Astronomen, welche chemischen Elemente in dem Objekt vorhanden sind, das sie untersuchen. Aber die Spektrallinien des Quasars waren unsinnig und schienen Elemente anzuzeigen, die nicht vorhanden sein sollten.
Es war der Astronom Maarten Schmidt, der – nachdem er die seltsamen Emissionslinien in den Spektren von Quasaren untersucht hatte – vorschlug, dass Astronomen normale Emissionslinien sahen, die stark zum roten Ende des elektromagnetischen Spektrums verschoben waren!
Und so hatten sie ihre Antwort. Die Rotverschiebung war auf die große Entfernung des Quasars zurückzuführen. Sein Licht wird durch die Ausdehnung des Universums während seiner langen Reise vom Rand des sichtbaren Kosmos zu uns gedehnt.
Aber wenn es wirklich wahr wäre, dass Quasare so weit entfernt waren wie am Rand des sichtbaren Universums, wie hätten sie dann so reichlich Energie erzeugen können? Bereits 1964 wurde sogar die Existenz von Schwarzen Löchern heiß diskutiert. Es gab viele Wissenschaftler, die sie nur als mathematische Freaks betrachteten, weil sie im realen Universum sicherlich nicht existieren konnten.
So tobte die Debatte über die Natur von Quasaren bis in die 1970er Jahre, als eine neue Generation von Erd- und Weltraumteleskopen zweifelsfrei feststellte, dass Quasare tatsächlich in großen Entfernungen liegen, dass wir Galaxien sehen, als sie jung waren, dass das Quasarstadium eine natürliche Phase ihres Wachstums ist. Da Schwarze Löcher endlich auch ernst genommen werden, könnten Astronomen nun endlich die Identität des fast unverständlichen Kraftwerks hinter Quasaren modellieren: supermassive Schwarze Löcher verbrauchen enorme Mengen an Gas und strahlen dadurch enorme Mengen an Energie über das gesamte Spektrum aus.
Dieses Modell erklärt, warum Quasare am Rand des sichtbaren Universums sitzen und warum wir sie nicht näher sehen: weil Quasare junge Galaxien sind, die nicht lange nach ihrer Entstehung im frühen Universum gesehen wurden.
Die Untersuchung von Quasaren und aktiven galaktischen Kernen im Allgemeinen ist weit fortgeschritten, aber es gibt noch viel, was wir nicht verstehen. Ich glaube jedoch, dass ein Teil unseres Unverständnisses ein Versagen der Vorstellungskraft ist. Es ist praktisch unmöglich, die Energiemengen zu verstehen, die von den Motoren Schwarzer Löcher im Herzen von Quasaren, diesen Monstern im Dunkeln, erzeugt werden. Es ist ebenso schwer zu erkennen, wie weit sie von uns entfernt sind. Aber das ist kaum unsere Schuld: Unsere armen simianischen Gehirne sind einfach nicht gut gerüstet, um mit solchen Konzepten umzugehen.
Quasare sind nur ein Beispiel für ein Tier im kosmischen Zoo, über das man die Fakten nur akzeptieren muss, anstatt zu versuchen, sie zu verstehen.
Fazit: Quasare sind extrem helle und extrem entfernte Objekte. Es wird angenommen, dass ihre enorme Energieabgabe auf die Aktivität um das zentrale supermassive Schwarze Loch in jungen Galaxien nahe dem Rand des beobachtbaren Universums zurückzuführen ist.
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