Eine Illustration zeigt das Ausströmen von molekularem Gas aus dem Quasar J2054-0005(Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)
Astronomen haben im jungen Universum einen Quasar entdeckt, der von einem supermassiven schwarzen Loch angetrieben wird. Bemerkenswerterweise scheint dieser Quasar molekulares Gas auszuspucken, das Rohmaterial, das zur Bildung neuer Sterne benötigt wird.
Die Entdeckung trägt dazu bei, Theorien darüber zu bestätigen, dass die Sternentstehung in einigen Galaxien fast zum Stillstand gekommen ist.
Der Quasar mit der Bezeichnung J2054-0005 wurde vom Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Nordchile beobachtet. Wir sehen ihn so, wie er vor etwa 12,8 Milliarden Jahren war, als das Universum weniger als 1 Milliarde Jahre alt war.
Quasar, die Abkürzung für „quasi-stellare Radioquelle“, ist eine Bezeichnung für kompakte Regionen im Herzen einiger aktiver Galaxien, in denen ein fütterndes supermassereiches Schwarzes Loch die umgebende Materie überhitzt und starke Strahlen dieser Materie ausstößt, die unglaublich helle Lichtemissionen verursachen.
Wenn Quasare als punktförmige Quellen von lichtähnlichen Sternen in großen Entfernungen zu sehen sind, können sie zur Erforschung der Bedingungen im frühen Universum genutzt werden. Solche Regionen stehen schon lange im Verdacht, die sie umgebenden Galaxien stark zu beeinflussen, aber die Wissenschaftler sagen, dass dies das erste Mal ist, dass wir einen eindeutigen Beweis für die Unterdrückung der Sternentstehung durch einen Ausfluss von molekularem Gas in einer Quasar-Wirtsgalaxie im frühen Universum gesehen haben.
Sterne entstehen in riesigen Wolken aus molekularem Gas, wenn ein kleiner Bereich zu dicht wird und unter seiner eigenen Schwerkraft zusammenbricht. Dieser vorstellare Gasklumpen sammelt weiterhin Masse aus der Wolke und wird schließlich zu einem Protostern. Der Protostern sammelt weiter Gas ein und wächst, bis er massiv genug ist, um in seinem Kern die Kernfusion von Wasserstoff zu Helium auszulösen – der Prozess, der einen vollwertigen Stern ausmacht.
Je reicher eine Galaxie an molekularem Gas ist, desto intensiver kann sie Sterne mit hohen Konzentrationen gebären, was zu einer großen Anzahl von Sternen während der so genannten „Starburst“-Perioden führt. Wird dieses Gas dagegen schneller aus einer Galaxie in den intergalaktischen Raum hinausgedrückt, als es durch den Prozess der Sternentstehung verbraucht werden kann, unterdrücken diese so genannten molekularen Ausströmungen die Sternentstehung.
„Theoretische Arbeiten deuten darauf hin, dass Ausströmungen von molekularem Gas eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von Galaxien von einem frühen Alter an spielen, da sie die Sternbildung regulieren können“, sagte Dragan Salak, Co-Leiter des Teams und Assistenzprofessor an der Hokkaido Universität, in einer Erklärung. „Quasare sind besonders energiereiche Quellen, so dass wir erwartet haben, dass sie in der Lage sein könnten, starke Ausströmungen zu erzeugen.“
Im Schatten eines Quasars
J2054-0005 wurde als Beobachtungsziel ausgewählt, um diese Ausströmungen und ihre Auswirkungen zu untersuchen, da er einer der hellsten Quasare im weit entfernten Universum ist, so Takuya Hashimoto, Co-Leiter des Teams und Assistenzprofessor an der Universität von Tsukuba.
ALMA, das aus 66 hochpräzisen Antennen besteht, die ein einziges Teleskop bilden, wurde für die Beobachtung von J2054-0005 ausgewählt, weil das Team glaubt, dass es das einzige Teleskop auf der Welt ist, das über eine ausreichende Empfindlichkeit und Frequenzabdeckung verfügt, um die molekularen Gasausströmungen des anvisierten Quasars zu erkennen
Das
A-Diagramm zeigt das Spektrum des Lichts, das von OH-Molekülen in molekularen Ausströmungen in der Umgebung von J2054-0005 absorbiert wird (Bildnachweis: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) modifiziert von Dragan Salak, et al. The Astrophysical Journal. Februar 1, 2024)
Das Team entdeckte das ausströmende molekulare Gas durch Lichtabsorptionsmuster, d. h. die Forscher sahen nicht die Mikrowellenstrahlung, die direkt von den gebundenen Sauerstoff- und Wasserstoffatom-Molekülen oder „Hydroxid“-Molekülen (OH) stammt, aus denen es besteht.
„Stattdessen beobachteten wir die Strahlung, die von dem hellen Quasar ausging – und Absorption bedeutet, dass die OH-Moleküle zufällig einen Teil der Strahlung des Quasars absorbierten“, so Salak. „Es war also so, als ob man das Vorhandensein eines Gases durch den ‚Schatten‘, den es vor die Lichtquelle wirft, erkennen könnte.“
Die Ergebnisse des Teams sind der erste starke Beweis für molekulare Ausströmungen aus Quasaren im frühen Universum und bestätigen damit, wie die Sternentstehung in der kosmischen Frühzeit verlangsamt wurde.
„Molekulares Gas ist ein sehr wichtiger Bestandteil von Galaxien, da es der Treibstoff für die Sternentstehung ist“, schloss Salak. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Quasare in der Lage sind, die Sternentstehung in ihren Wirtsgalaxien zu unterdrücken, indem sie molekulares Gas in den intergalaktischen Raum ausstoßen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift The Astrophysical Journal veröffentlicht.
