Quasare: Entstehung und Leuchtkraft im frühen Universum

Die Astronomie öffnet ein Fenster in die unermesslichen Weiten des Universums und ermöglicht uns, einige seiner größten Geheimnisse zu entschlüsseln.

Eines der faszinierendsten Phänomene, das die Wissenschaftler seit Jahrzehnten beschäftigt, ist die Entstehung von Quasaren. Diese leuchtstarken Objekte sind nicht nur spektakuläre Erscheinungen am Nachthimmel, sondern bieten auch wertvolle Einblicke in die Bedingungen des frühen Universums.

In diesem Artikel tauchen wir in die Welt der Quasare ein und erkunden, wie sie entstehen und warum sie für unser Verständnis des Kosmos so wichtig sind.

Das Wichtigste in Kürze

  • Entstehung der Quasare: Quasare sind leuchtstarke Objekte, die aus supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren junger Galaxien entstehen.
  • Wissenschaftlicher Durchbruch 2022: Forschungen haben mithilfe von Computersimulationen gezeigt, wie kaltes, turbulentes Gas sich zu massiven Schwarzen Löchern verdichtet, die als Grundlage für Quasare dienen.
  • Frühes Universum: Die Entdeckungen geben Einblicke in die Bedingungen des Universums etwa 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall.
  • Natürliche Prozesse: Die Entstehung der ersten Quasare ist eine natürliche Konsequenz der Strukturbildung im jungen Kosmos, ohne Notwendigkeit für exotische Umgebungen.
  • Bedeutung für die Astronomie: Diese Erkenntnisse tragen wesentlich zum Verständnis der kosmischen Geschichte und der Entwicklung von Galaxien bei.

Einführung in die Welt der Quasare

Bereits knapp 1 Mrd. Jahre nach dem Urknall leuchteten im Kosmos die ersten Quasare als supermassereiche Schwarze Löcher mit enormer Leuchtkraft in den Zentren frisch entstandener Galaxien auf. Lange Zeit war es für die Astronomen rätselhaft, wie derart große Objekte mit bis zu 1 Milliarde Sonnenmassen in – astronomisch gesehen – so kurzer Zeit haben entstehen können.

Im Jahr 2022 hat ein internationales Forscherteam mithilfe von hochauflösenden Computersimulationen eine Erklärung gefunden: Ströme aus kaltem, turbulentem Gas verdichten sich zu ersten Schwarzen Löchern mit zehn- bis hunderttausend Sonnenmassen. Diese Objekte dienten dann als „Saatkörner“ für die Entstehung der supermassereichen Schwarzen Löcher.

Die frühen Hypothesen zur Massenzunahme

Im heutigen Kosmos beherbergt nahezu jede Galaxie in ihrem Zentrum ein großes Schwarzes Loch mit der millionen- bis milliardenfachen Masse unserer Sonne. Zunächst dachten die Astronomen, diese supermassereichen Schwarzen Löcher würden im Laufe der kosmischen Geschichte mehr oder weniger gleichmäßig an Masse zunehmen.

Diese Vorstellung musste jedoch korrigiert werden, als zahlreiche Quasare im jungen Kosmos aufgespürt wurden. Auch bei ihnen handelt es sich um supermassereiche Schwarze Löcher, in die Materie einströmt und sich dabei erhitzt – deshalb leuchten Quasare heller als die Galaxien, in deren Zentren sie stehen.

Der Durchbruch durch Computersimulationen

Kosmologische Simulationen haben gezeigt, dass diese Quasare durch den Zustrom kalten Gases entstehen können. Doch die Voraussetzung dafür ist, dass es bereits Schwarze Löcher mit zehn- bis hunderttausend Sonnenmassen gibt.

Für deren Entstehung gab es bislang jedoch keine schlüssige Erklärung. Zwar können ausgefallene Szenarien zur Entstehung dieser „Saatkörner“ für supermassereiche Schwarze Löcher führen – doch viel zu selten, um die Häufigkeit der Quasare im jungen Kosmos zu erklären.

Der Prozess der Quasarentstehung

Die Computersimulationen haben gezeigt, dass der Zustrom kühlen Gases in die im jungen Kosmos entstehenden Galaxien zu starken Turbulenzen geführt hat – und diese Verwirbelungen verhindert haben, dass sich aus dem Gas ganz normal Sterne bilden.

Erst, wenn die Masse des angesammelten kühlen Gases auf 30.000 bis 40.000 Sonnenmassen angewachsen war, kollabierte die dichte Gaswolke unter ihrer eigenen Schwerkraft und bildete ein entsprechend großes Schwarzes Loch.

Schlussfolgerungen: Die natürliche Entstehung der ersten Quasare

Dieser einfache, robuste Prozess sorgt dafür, dass sich überall dort, wo ausreichend Gas für die Entstehung eines Quasars vorhanden ist, zunächst ein „Saatkorn“ bilden kann. Und dieser Prozess tritt zudem häufig genug auf, um die Zahl der Quasare zu erklären.

Die ersten Quasare waren also eine natürliche Konsequenz der Strukturbildung im jungen Kosmos und benötigten nicht, wie bislang angenommen, exotische, fein abgestimmte Umgebungen.

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