🔭 Riesige Quasare: Entdeckung von Dutzenden intergalaktischer Strukturen

Mithilfe des Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) in Indien hat ein Team von Astronomen kürzlich 53 neue Exemplare einer seltenen Quasarkategorie identifiziert, die als Riesenradioguasare bezeichnet werden. Diese Objekte emittieren Radiowellen und ihre Jets erstrecken sich bis zu 7,2 Millionen Lichtjahre, was etwa dem fünfzigfachen Durchmesser der Milchstraße entspricht.

Diese Entdeckung ist Teil einer größeren Stichprobe von 369 Radioguasaren, die in den Daten des TIFR GMRT Sky Survey (TGSS) gefunden wurden, der fast 90 % des von der Erde aus sichtbaren Himmels abgescannt hat. Die Empfindlichkeit und die große Abdeckung des GMRT waren entscheidend für den Nachweis dieser oft sehr weit entfernten, gigantischen Strukturen.


Diese Quasare werden von supermassereichen Schwarzen Löchern angetrieben, deren Masse dem millionen- oder milliardenfachen der Sonne entspricht. Diese Schwarzen Löcher, die sich im Zentrum von Galaxien befinden, ziehen enorme Mengen an Gas und Staub an, die eine Akkretionsscheibe um sie herum bilden.

Die Reibung innerhalb dieser Scheibe erhitzt die Materie und erzeugt intensive Strahlung. Ein Teil dieses Materials wird jedoch nicht absorbiert; es wird durch Magnetfelder zu den Polen des Schwarzen Lochs geleitet und dann mit extremen Geschwindigkeiten als paarweise Jets ausgestoßen. Diese Jets weiten sich auf ihrem Weg nach außen zu ausgedehnten Loben aus, die hauptsächlich im Radiobereich strahlen.

Die Forscher beobachteten, dass diese riesigen Jets oft eine deutliche Asymmetrie in Länge oder Helligkeit aufweisen. Diese Asymmetrie spiegelt die ungleichen Bedingungen des durchquerten intergalaktischen Mediums wider. Eine Seite des Jets kann auf dichtere Gaswolken treffen, die seine Ausdehnung verlangsamen, während sich die andere Seite frei in einer dünneren Umgebung ausbreitet. Diese Wechselwirkung mit der Umgebung prägt die Entwicklung der Jets und bietet wertvolle Hinweise auf die Zusammensetzung und Dichte des Gases zwischen den Galaxien (siehe Erklärung zu Jets als Sonden am Ende des Artikels).

Die Studie zeigt auch, dass sich mindestens 14 % dieser Riesenquasare innerhalb von Galaxienhaufen oder -filamenten befinden, wo die Materie konzentrierter ist. In diesen dichten Regionen können die Jets durch das umgebende Gas verlangsamt, abgelenkt oder fragmentiert werden. Im Gegensatz dazu können sie sich in leereren Regionen ungehindert über größere Entfernungen ausdehnen. Dieser Umwelteinfluss hilft zu verstehen, warum einige Quasare so kolossale Strukturen entwickeln.

Die entferntesten Quasare, die zu einer früheren Epoche des Universums beobachtet werden, zeigen im Allgemeinen eine ausgeprägtere Asymmetrie. Dies könnte durch ein junges, turbulenteres und gasreicheres Universum erklärt werden, das die Bahn der Jets stärker störte. Durch die Analyse dieser Objekte rekonstruieren Astronomen nicht nur die Geschichte der supermassereichen Schwarzen Löcher, sondern auch die des Universums selbst, von seinen Anfangsphasen bis zu seinem heutigen Zustand.

Der Nachweis dieser Strukturen stellt technische Herausforderungen, da die Radioverbindung zwischen den beiden Lappen zu schwach werden kann, um wahrgenommen zu werden, was den Eindruck einer unvollständigen Struktur erweckt. Durchmusterungen bei niedrigen Frequenzen, wie die mit dem GMRT durchgeführte, sind besonders geeignet, da ältere Lappen bei diesen Wellenlängen stärker emittieren. Dieser Ansatz hat eine verborgene Population von Riesenquasaren aufgedeckt und neue Perspektiven für die Kartierung großer kosmischer Strukturen eröffnet.

Radiojets als Sonden für das ferne Universum

Die von Riesenradioguasaren ausgestoßenen Materiejets dienen als natürliche Sonden zur Untersuchung ansonsten unzugänglicher Regionen des Universums. Beim Durchqueren des intergalaktischen Mediums offenbaren sie dessen Dichte, Zusammensetzung und Struktur auf Skalen von mehreren Millionen Lichtjahren. Ihr Verhalten gibt uns daher Aufschluss über die Umgebung, in der Galaxien sich entwickeln.

Wenn ein Jet auf eine dichtere Gaswolke trifft, wird sein Fortschritt verlangsamt und seine Radioemission kann beeinträchtigt werden. Dies erklärt, warum Jets oft eine Asymmetrie aufweisen: Eine Seite kann kürzer oder weniger hell erscheinen, weil sie auf mehr Widerstand gestoßen ist. Durch die Analyse dieser Unterschiede können Astronomen indirekt die Verteilung der diffusen Materie zwischen den Galaxien kartieren.

Darüber hinaus, da Licht Zeit braucht, um zu uns zu gelangen, bedeutet die Beobachtung eines entfernten Quasars, in die Vergangenheit zu blicken. Die entferntesten Quasare zeigen uns das Universum zu einer Zeit, als es jünger, heißer und dichter war. Die bei einigen von ihnen beobachteten starken Asymmetrien deuten darauf hin, dass das intergalaktische Medium damals unruhiger war, mit ausgeprägteren Dichteunterschieden.

Schließlich hilft die Untersuchung dieser Jets, den Lebenszyklus supermassereicher Schwarzer Löcher und ihren Einfluss auf die Galaxienentwicklung zu verstehen. Die von diesen Jets freigesetzte Energie kann das umgebende Gas aufheizen oder zerstreuen und so die Sternentstehung in der Wirtsgalaxie oder ihren Nachbarn regulieren. Diese Rückkopplungsprozesse sind grundlegend für die Entstehung der großen Strukturen, die wir heute beobachten.