Astronomen am MIT und anderen Institutionen haben das Wackeln eines Quasars seit der kosmischen Morgendämmerung, nur 850 Millionen Jahre nach dem Urknall, entdeckt. Dies ist das erste Mal, dass ein so alter blinkender Quasar beobachtet wurde, der es uns ermöglicht, die Struktur der Gas- und Staubscheibe um ein urzeitliches supermassereiches Schwarzes Loch zu kartieren.
Das als J0439+1634 bekannte Objekt leuchtet mit einer Intensität, die der von 12 Billionen Sonnen entspricht, und weist Schwankungen in seiner Helligkeit von bis zu 20 % auf, was der Intensität von 2 Billionen Sonnen entspricht. Die Szintillationsanalyse zeigte, dass die Akkretionsscheibe überraschend dünn und flach ist, ähnlich der neuerer und nahegelegener Quasare.
Supermassereiche Schwarze Löcher im frühen Universum
Jede Galaxie beherbergt in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch. Wenn es aktiv ist, zieht es Gas und Staub mit hoher Temperatur an und bildet eine Akkretionsscheibe, die enorme Energie freisetzt und das Licht der umgebenden Galaxie verdeckt. Quasare sind die leuchtendsten Beispiele dieses Prozesses.
Wissenschaftler gingen davon aus, dass die Entstehung und Stabilisierung von Schwarzen Löchern dieser Größe mehr als eine Milliarde Jahre dauern würde. Beobachtungen seit den frühen 2000er Jahren haben jedoch in den ersten Milliarden Jahren des Universums mehr als 200 supermassereiche Schwarze Löcher identifiziert, viele davon in einer aktiven Quasarphase.
Erste Schwingung im kosmischen Morgengrauen aufgenommen
Bisher erschienen Urquasare nur als entfernte Lichtpunkte. Ohne die Erfassung von Variationen war es schwierig, die innere Struktur und Umgebung von Schwarzen Löchern zu verstehen.
Das Team unter der Leitung von Gene Leung, einem Postdoktoranden am Kavli-Institut des MIT, und Anna-Christina Eilers, einer Assistenzprofessorin für Physik am MIT, meisterte die technische Herausforderung der Beobachtung des fernen Universums. Das Licht dieser Objekte wird durch die kosmische Expansion gedehnt und erfordert die Erfassung von Infrarotdaten über lange Zeiträume.
Sie nutzten aufbereitete Informationen der NEOWISE-Mission der NASA, die etwa 14 Jahre lang den Himmel scannte. Das zufällig flackernde Signal, ähnlich einer Kerzenflamme, wurde als der älteste blinkende Quasar aller Zeiten bestätigt.
Die flache Scheibe widerspricht den Erwartungen einer anfänglichen Instabilität
Die abgeflachte Form der Akkretionsscheibe lässt darauf schließen, dass sich das Schwarze Loch bereits in einem relativ ausgereiften Zustand befand, und das bereits zu einem so frühen Zeitpunkt in der Geschichte des Kosmos. Dies steht im Gegensatz zu der Vorstellung, dass Ursysteme chaotischer und aufgeblähter wären.
„Diese Entdeckung deutet darauf hin, dass schnelle und chaotische Wachstumsphasen sehr früh auftreten, bevor wir Quasare in ihrer maximalen Helligkeit sehen“, erklärte Eilers. Leung fügte hinzu, dass etwas schon früher passiert sein muss, damit diese Systeme so ausgereift erscheinen.
Die Analyse bei verschiedenen Wellenlängen ermöglichte es, die Temperatur und Struktur des Materials in der Scheibe abzubilden und so Vorgänge zu bestätigen, die denen ähneln, die bei modernen Quasaren beobachtet werden.
Was die Entdeckung über die Entstehung von Galaxien verrät
Supermassereiche Schwarze Löcher fungieren als zentrale Motoren von Galaxien und regulieren die Sternentstehung und das Strukturwachstum. Ohne sie würden Galaxien nicht so aussehen, wie sie sind.
Die Entdeckung ebnet den Weg für tiefergehende Untersuchungen der Bedingungen, die das schnelle Auftauchen dieser Riesen ermöglichten. Das Team plant, noch weiter in die Vergangenheit zu blicken, um frühe Stadien der Quasarentwicklung zu erfassen.
