Astronomen, die das VLA-Radioteleskop (Very Large Array) der National Science Foundation zur Untersuchung des am weitesten entfernten bekannten Quasars verwenden, haben einen verlockenden Hinweis gefunden, der eine langjährige kosmische Henne-Ei-Frage beantworten kann: Welche kamen zuerst, supermassereiche Schwarze Löcher oder Riesengalaxien?
Seit Jahren stellen Astronomen eine direkte Beziehung zwischen der Masse des zentralen, supermassiven Schwarzen Lochs einer Galaxie und der Gesamtmasse der „Ausbuchtung“ der Sterne in ihrem Kern fest. Je massiver das Schwarze Loch ist, desto massiver ist die Ausbuchtung. Wissenschaftler haben ausführlich darüber spekuliert, ob sich zuerst das Schwarze Loch oder die Sternwölbung gebildet haben. In letzter Zeit haben einige Theorien vorgeschlagen, dass sich die beiden gleichzeitig bilden könnten.
Die neuen VLA-Beobachtungen eines Quasars und seiner Wirtsgalaxie, wie sie waren, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war, zeigen jedoch, dass die junge Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch hat, aber keine massive Ausbuchtung von Sternen.
„Wir haben in dieser jungen Galaxie eine große Menge Gas gefunden, und wenn wir die Masse dieses Gases zu der des Schwarzen Lochs addieren, summieren sie sich fast zur Gesamtmasse des gesamten Systems. Die Dynamik der Galaxie impliziert, dass nicht mehr viel Masse übrig ist, um die Größe der von aktuellen Modellen vorhergesagten Sternwölbung auszugleichen “, sagte Chris Carilli vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) in Socorro, New Mexico.
Die Wissenschaftler untersuchten einen Quasar namens J1148 + 5251, der mit mehr als 12,8 Milliarden Lichtjahren der am weitesten entfernte Quasar ist, der bisher gefunden wurde. J1148 + 5251 wurde 2003 von der Sloan Digital Sky Survey entdeckt und ist eine junge Galaxie mit einem hellen Quasarkern, wie er damals war, als das Universum nur 870 Millionen Jahre alt war. Das Universum ist jetzt 13,7 Milliarden Jahre alt.
Mit dem Ziel der VLA auf J1148 + 4241 für etwa 60 Stunden konnten die Forscher die Menge an molekularem Gas im System bestimmen. Außerdem konnten sie die Bewegungen dieses Gases messen und so die Gesamtmasse des galaktischen Systems abschätzen. Frühere Studien des Systems hatten Schätzungen ergeben, dass das Schwarze Loch das 1- bis 5-Milliarden-fache der Masse unserer Sonne betrug.
Die neuen VLA-Beobachtungen zeigen, dass sich etwa 10 Milliarden Sonnenmassen molekularen Gases im System befinden und dass die Gesamtmasse des Systems 40-50 Milliarden Sonnenmassen beträgt. Das Gas- und das Schwarze Loch zusammen machen somit 11 bis 15 Milliarden Sonnenmassen aus.
„Das akzeptierte Verhältnis zeigt an, dass ein Schwarzes Loch dieser Masse von einer Sternwölbung von mehreren Billionen Sonnenmassen umgeben sein sollte. Unsere dynamische Messung zeigt, dass außer dem Schwarzen Loch und dem Gas nicht viel Masse übrig bleibt, um eine Sternwölbung zu bilden. Dies ist ein Beweis dafür, dass sich das Schwarze Loch vor der Sternwölbung bildet “, sagte Fabian Walter vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Heidelberg, der bei den Beobachtungen Jansky-Postdoktorand am NRAO in Socorro war.
"Ein Beispiel ist sicherlich nicht der Fall, aber in diesem Objekt haben wir anscheinend ein Beispiel für ein Schwarzes Loch ohne große Sternwölbung. Jetzt müssen wir detailliertere Untersuchungen solcher Objekte im weit entfernten, frühen Universum durchführen “, sagte Carilli. „Mit der erheblich verbesserten Empfindlichkeit des erweiterten VLA und des Atacama Large Millimeter Array (ALMA), die in einigen Jahren in Betrieb gehen werden, verfügen wir über die Tools, die wir zur endgültigen Lösung dieser Frage benötigen“, fügte Carilli hinzu.
"Studien wie diese sind der Schlüssel zum Verständnis der Entstehung von Galaxien", sagte Walter.
Walter und Carilli arbeiteten mit Frank Bertoldi und Karl Menten vom Max-Planck-Institut in Bonn zusammen; Pierre Cox vom Institut für Weltraumastrophysik der Universität Paris-Süd; Fred K.Y. Lo von der NRAO in Charlottesville, VA; Xiahui Fan vom Steward Observatory der Universität von Arizona; und Michael Strauss von der Princeton University über das Projekt. Ihre Forschungsergebnisse werden in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung
