~800 Millionen Sonnenmassen: fernstes Schwarzes Loch in neuem Rekord-Quasar

Schematischer Blick in die kosmische Geschichte, vom fernsten bisher bekannten Quasar ermöglicht: Die Beobachtung mit einem der Magellan-Teleskope (unten links) liefert Informationen über die Reionisations-Epoche ("Blasen" oben rechts), die auf den Urknall folgte (oben rechts). [Robin Dienel, Carnegie Institution for Science]

Mit einer Rotverschiebung von 7,54 übertrifft er den bisherigen Rekordhalter (mit 7,09) deutlich: Wir sehen den Quasar ULAS J134208.10+092838.61 zu einem Zeitpunkt nur 700 Mio. Jahre nach dem Urknall, genau 13 Mrd. Jahre war sein Licht unterwegs. Und trotz des frühen Zeitpunkts in der kosmischen Geschichte beherbergt er ein supermassives Schwarzes Loch mit 800 Mio. Sonnenmassen – erhebliche Saat muss schon sehr früh vorhanden gewesen sein.

In drei großen Himmelsdurchmusterungen hatten Astronomen auf der Jagd nach fernen Quasaren – hellen aktiven Galaxienkernen – nach Punktquellen mit ‚verdächtigen‘ Farben gesucht. Bei Rotverschiebungen jenseits von 7 sind diese Objekte ausschließlich im nahen Infraroten zu sehen, denn neutraler Wasserstoff im intergalaktischen Medien verschluckt praktisch alle Strahlung auf der kurzen Seite der Lyman-Alpha Linie – die eigentlich mit 121,6 nm Wellenlänge weit im Ultravioletten liehgt, durch die kosmische Expansion nun aber jenseits von 1 µm landet. Spektren mit dem 6,5-m-Magellan-Teleskop „Walter Baade“ und zwei weiteren Großteleskopen (unten) bestätigten schnell die hohe Rotverschiebung eines Fundes und lieferten noch weitere Informationen. Insbesondere konnten daraus die bolometrische (gesamte) Leuchtkraft des Quasars – so hell wie 40 Billionen Sonnen – und zusammen mit der Breite einer Magnesium-Linie (Ausschnitts-Bild) die Masse des Schwarzen Lochs im Zentrum zu 600 Millionen bis 1,1 Milliarden Sonnenmassen abgeleitet werden.

Das Spektrum des fernsten bekannten Quasars, aus Messungen mit den Teleskopen Magellan und Gemini: Die Rotverschiebung von 7,5 hat alles in den nahen Infrarotbereich verschoben, in dem bei den markierten Wellenlängen auch die Bilder oben entstanden. [Bañados et al.]

Die Masse von Schwarzen Löchern wächst zwar Modellvorstellungen zufolge exponentiell an – aber damit es so früh schon dieses fette Exemplar (und bald darauf ähnlich große in anderen Quasaren) geben kann, muss es bereits bei Rotverschiebungen um 40 (nur 65 Mio. Jahre nach dem Urknall) „Saat“-Löcher von mindestens 1000 Sonnenmassen gegeben haben. Noch eine andere wichtige Aussage über den frühen Kosmos steckt in J1342+0928 und ein paar anderen Früh-Quasaren: Zu dem Zeitpunkt, an dem sie beobachtet werden, gibt es noch viel neutralen Wasserstoff. Dessen Reionisation durch UV-Strahlung der Quasare wie auch anderer kosmischer Lichtquellen hatte damals erst begonnen: Sie machte den Weltraum schließlich durchsichtig, was dann bei Rotverschiebungen um 6 – etwa 1 Mrd. Jahre nach dem Urknall – abgeschlossen war. Und noch eine dritte Erkenntnis hat J1342+0928 – nunmehr bei Beobachtungen im Radiobereich – geliefert: Die Galaxie, in der dieser Quasar sitzt, ist bereits voller Staub und schwerer chemischer Elemente. Sie hatte also schon vorher starke Sternbildung erlebt, 100 bis 600 Sonnenmassen pro Jahr.

LINKS:
Carnegie Press Release mit Originalarbeit: https://carnegiescience.edu/node/2270
PM des MPIA: http://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2017-14-ferner-quasar
Gemini Press Release: http://www.gemini.edu/node/12740