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 Das fernste Schwarze Loch im Kosmos
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Caro
Astrophysikerin

Deutschland
5703 Beiträge

Erstellt am: 06.12.2017 :  21:40:58 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Caro's Homepage  Antwort mit Zitat
Astronomen haben den entferntesten bekannten Quasar entdeckt – so weit von uns entfernt, dass sein Licht mehr als 13 Milliarden Jahre brauchte, um uns zu erreichen. Wir sehen diesen Quasar so, wie er 690 Millionen Jahre nach dem Urknall war, und sein Licht liefert wertvolle Informationen über die frühe Geschichte des Universums. Im Zentrum des Quasars befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von fast 1 Milliarde Sonnenmassen. Die Wirtsgalaxie des Quasars enthält bereits große Mengen an Gas und Staub – eine Herausforderung für die gängigen Modelle der Galaxienentwicklung.

Astronomen haben das fernste Schwarze Loch entdeckt, das wir kennen: einen Quasar, dessen Licht 13 Milliarden Jahre gebraucht hat, um uns zu erreichen. Entsprechend zeigt uns dieses Licht den Quasar, wie er vor 13 Milliarden Jahren aussah, nur 690 Millionen Jahre nach dem Urknall.

Die Entdeckung war das Ergebnis einer systematischen, mehrjährigen Suche nach fernen Quasaren unter der Leitung von Fabian Walter und Bram Venemans vom Max-Planck-Institut für Astronomie. Der neue Rekordhalter wurde von Eduardo Bañados von der Carnegie Institution for Science mit den Magellan-Teleskopen der Institution (Spiegeldurchmesser 6,5 Meter) in Chile gefunden.

Für den beachtlichen Energieausstoß eines Quasars ist jeweils das supermassereiche zentrale Schwarze Loch der betreffenden Galaxie verantwortlich – in diesem Fall ein schwarzes Loch mit fast einer Milliarde Mal der Masse der Sonne. Gas, welches auf das Schwarze Loch zu fällt, bildet vor dem Hineinfallen eine ultraheiße Akkretionsscheibe. Diese heiße Scheibe macht die Anordnung zu einem der hellsten Objekte im Universum: zu einem Quasar. Der jetzt neu entdeckte Quasar leuchtet so hell wie 40 Billionen Sonnen.

Ferne Quasare liefern wertvolle Informationen über das frühe Universum. Zum einen können sie dazu verwendet werden, das Universum über große Entfernungen regelrecht zu durchleuchten: Das Spektrum des Quasar-Lichts enthält Informationen über die Wasserstoffatome, denen das Licht auf seiner Milliarden Jahre währenden Reise begegnet ist. Das Licht des neu entdeckten entferntesten Quasars enthält sogar Informationen über eine der frühesten Phasen des Universums, die sogenannte Reionisationsphase.

Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall hatte sich das Universum ausreichend abgekühlt, um Wasserstoffatome zu bilden. Einige hundert Millionen Jahre später reionisierten die Ultraviolett-Strahlung der ersten Sterne und der Akkretionsscheiben der ersten Schwarzen Löcher fast den gesamten Wasserstoff im Universum (trennten also die jeweiligen Elektronen von den Wasserstoffkernen, den Protonen). Wann und wie die Reionisation im Einzelnen stattfand ist eine offene Frage der Forschung. Eduardo Bañados, Hauptautor des Artikels, der die Quasar-Entdeckung beschreibt, sagt: "Die Reionisation war der letzte große Phasenübergang des Universums und zeigt uns auch die Grenzen unseres astrophysikalischen Wissens auf."


Künstlerische Darstellung eines Quasars: ein supermassereiches Schwarzes Loch, umgeben von einer Akkretionsscheibe aus heißer Materie. Astronomen haben den fernsten bisher bekannten Quasar gefunden und die Beobachtungsdaten genutzt, um Informationen über das frühe Universum zu erhalten. Illustration: Carnegie Institution for Science

Der neu entdeckte Quasar liefert zur Reionisation einen entscheidenden neuen Datenpunkt: Sein Licht zeigt, dass ein beachtlicher Anteil des Wasserstoffs 690 Millionen Jahre nach dem Urknall noch neutral, also noch nicht ionisiert war. Das spricht für Modelle, denen zufolge die Reionisation erst relativ spät in der Geschichte des Universums stattgefunden hat.

Quasare, die so jung sind wie der jetzt entdeckte, liefern außerdem wertvolle Informationen über die Entwicklung von Galaxien. Mit fast einer Milliarde Sonnenmassen ist das zentrale Schwarze Loch dieses Quasars bereits sehr massereich. Die Erklärung, wie sich solch ein massives Schwarzes Loch in so kurzer Zeit gebildet haben könnte, stellt die herkömmlichen Modelle für die Entstehung und Entwicklung supermassiver Schwarzen Löcher vor eine Herausforderung – und schließt einige dieser Modelle bereits aus. Bañados sagt: "Wie das Schwarze Loch innerhalb von weniger als 690 Millionen Jahren eine so große Masse ansammeln konnte, stellt für die Theorien zum Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher eine enorme Herausforderung dar."

Unter der Leitung von Bram Venemans vom MPIA beobachteten die Astronomen den Quasar außerdem mit dem Millimeter-Teleskop NOEMA, das in den französischen Alpen vom Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM) betrieben wird, sowie mit dem VLA-Radioteleskop-Array in Socorro, New Mexico. So konnten die Astronomen die Wirtsgalaxie des Quasars identifizieren und untersuchen. Obwohl diese Galaxie ebenfalls nicht älter als 690 Millionen Jahre sein kann, hat sie bereits eine enorme Menge an Staub und schweren chemischen Elementen gebildet. Daraus folgt direkt, dass sie auch bereits eine große Anzahl von Sternen gebildet haben muss. Eine weitere Herausforderung für Modelle, diesmal für Modelle der Galaxienentwicklung. Bram Venemans sagt: "Modelle der Galaxienentwicklung müssen jetzt erklären, wie diese Galaxie in derart kurzer Zeit so viele Sterne bilden konnte, wie uns die beobachteten Mengen an Staub und schwereren chemischen Elementen anzeigen."

Reionisation, die Entstehung und Entwicklung supermassereicher Schwarzer Löcher und ganzer Galaxien – selbst die ersten Beobachtungen des neu entdeckten Quasars haben den Astronomen bereits wichtige Informationen über die kosmische Geschichte geliefert. Folgebeobachtungen sowie die Suche nach vergleichbar fernen Quasaren sollen unser Bild der frühen kosmischen Geschichte jetzt auf eine solide Basis stellen.

Weitere Infos und Bilder auf den Seiten des MPIA unter http://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2017-14-ferner-quasar

Bearbeitet von: Caro am: 06.12.2017 21:43:40 Uhr

optikus64
Meister im Astrotreff

Deutschland
397 Beiträge

Erstellt  am: 06.12.2017 :  22:19:53 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Caro,

wie wird sich das Supermassereiche Schwarze Loch verhalten, wenn es aus seiner Sturm-und-Drang Phase raus ist, also die Materie in seiner Umgebung aufgesaugt hat?
Wenn die Dinger so extrem schwer zu entdecken sind könnte es von den Teilen eine ganze Menge geben, die weitgehend unauffällig ihrer Wege ziehen. Könnten das Kandidaten für die "fehlende Masse" im Universum sein, die in der hypothetischen Dunklen Materie gesucht wird?

CS
Jörg

... to boldly go where no man has gone before ...

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Caro
Astrophysikerin

Deutschland
5703 Beiträge

Erstellt  am: 07.12.2017 :  10:12:22 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Caro's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Jörg,

ich fürchte ich hab die Zeit nicht abzuwarten was in den nächsten paar Milliärdchen Jahren passiert und es dir dann zu verraten, ich muß nämlich gegen die derzeit anscheinend besonders erfolgreich laufende "Dunkle Materie gibts gar nicht"-Kampagne gegenanarbeiten

Viele Grüße
Caro

Bearbeitet von: am:
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lupos
Meister im Astrotreff

Österreich
432 Beiträge

Erstellt  am: 07.12.2017 :  12:54:44 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Jörg,

ich kann dir nur raten: Halte dich fern von dem Monster Ding :)

LG Robert

Bearbeitet von: am:
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Atlas
Meister im Astrotreff

Deutschland
313 Beiträge

Erstellt  am: 07.12.2017 :  20:14:50 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Atlas's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Jörg,


Schwarze Löcher wären sogar sehr willkommen als Kandidaten für nicht-baryonische, dunkle Materie, denn wir wissen, daß sie existieren, und sie beruhen auf bekannter Physik, nämlich der ART. Andere Kandidaten dagegen sind völlig spekulativ, vor allem jene Art von Teilchen, die angeblich nur gravitativ wechselwirken. Sie kommen im Standardmodell der Teilchenphysik nicht vor, und wir kennen nichts, das ihnen irgendwie entspräche. Ihre angeblichen Eigenschaften sind exotisch, z.B. daß sie nie aneinanderstoßen und deshalb bei der gravitativen Kompression keinen Gegendruck aufbauen. Weil man aber keine Gegenkontrolle durchführen kann, darf sich jeder Theoretiker aussuchen, welche Eigenschaften er gerne hätte. Wenn Du mal die aktuelle Literatur durchsiehst, merkst Du bald: Da gibt es nichts, was es nicht gibt.

Man könnte nun weiter fragen, ob gigantische schwarze Löcher einen Teil der sogenannten DM bilden, oder sogar alles. Letzteres wohl nicht, weil die DM in den großen Spiralgalaxien ja radial wirken soll, was ein sehr großes schwarzes Loch außerhalb des Zentrums nicht könnte.

Von Maeder, über dessen Ideen wir in dem anderen Thread diskutiert haben, ist mehrfach verlangt worden, daß er auch über das Temperatur-Leistungsspektrum des CMB etwas sagt, und darauf darf man gespannt sein. Denn im CMB meint man die deutlichsten Hinweise auf DM zu finden, und dann müßte sie von Anfang des Universums an existiert haben. Erstens lasse sich nämlich die Existenz von Schwingungen im CMB überhaupt nur durch Ungleichmäßigkeiten der dunklen Materie erklären, weil die Dichte der baryonischen Materie zu gering gewesen sei, um gravitative Instabilitäten in ausreichendem Maß zu erzeugen. Zweitens seien die akustischen Schwingungen, insbesondere die Erhöhung des dritten Peaks ein deutliches Zeichen für die Existenz und die bestimmte Dichte von DM zur Zeit der Entkopplung der Photonen von den Baryonen. Eine entsprechende Graphik findet man hier:
http://background.uchicago.edu/~whu/intermediate/driving2.html

Möglicherweise ist die DM, deren gravitative Effekte angeblich im CMB sichtbar werden, vollständig durch primordiale schwarze Löcher repräsentiert. Dann könnte vielleicht sogar alle vermeintliche DM aus schwarzen Löchern verschiedener Größe bestehen. Allerdings muß man dann auch die Inflationstheorie akzeptieren, denn die Existenz primordialer schwarzer Löcher läßt sich – wenn überhaupt – dann nur durch Fluktuationen in der Inflationsphase erklären. Aber das ist auch wieder nur Spekulation, obwohl schwarze Löcher besser sind als supersymmetrische Teilchen, WIMPS und dergleichen.

Viele Grüße
Johannes

25" f4 Selbstbaudobson, Argo Navis, ServoCat
Meine Astronomie Website: Blick ins All

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optikus64
Meister im Astrotreff

Deutschland
397 Beiträge

Erstellt  am: 07.12.2017 :  21:11:28 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
Hallo Johannes,

wie Du schreibst, alles was sich irgendwie auf bekannte Physik zurückführen läßt, und sei es die ART, erscheint 'sympathischer' als die in vielen Richtungen verstrickten Spekulationen zu einer wie auch immer gearteten Erweiterung des Teilchenzoos um etwas, was sich wie Du - so sehe ich es auch - schreibst jeder so zusammendefiniert wie er es für seine Theorie braucht.

Das sich auf die von Maeder beschriebene Weise der Nebel nicht lichtet sondern eher verdichtet sei dahingestellt, die Debatte dazu wird ja mit heftiger Leidenschaft geführt. Leider fehlt mir die Tiefe der Mathematik (für Theoretische Elektrotechniker reicht das ganze eine Nummer flacher) um in allen Details mitzukommen, ich bin nur gespannt ob da noch nachgeliefert wird oder ob das ganze als netter, aber leider zu schwachbrüstig untermauerter Seitenweg vertrocknet.

Viele Grüße
Jörg

(==>)Caro: Hau den Purchen zu Poden ;)) !


... to boldly go where no man has gone before ...

Bearbeitet von: am:
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optikus64
Meister im Astrotreff

Deutschland
397 Beiträge

Erstellt  am: 07.12.2017 :  21:19:28 Uhr  Profil anzeigen  Antwort mit Zitat
(==>) Robert: Bin schonmal durch, ziemlich stretching, aber die Ferengi auf der anderen Seite verkaufen genialen Fusel!
(==>) Caro: Hau den Purchen zu Poden! ;)

Hallo Johannes,

Vielen Dank für Dein Statement,ich bin da bei Dir. Alles was in bekannten Bahnen verläuft à la ART ist einem vertrauter und sympathischer als die vielen verschiedenen Ansätze den Teilchenzoo um neue "Bewohner" zu bereichern, die sich - das ist auch mein Eindruck - irgendwie jeder zusammenstrickt wie er sie braucht. Ich denke an der DM an sich führt bis dato kein Weg vorbei, dazu ist die Forschung in der Eingrenzung der möglichen Parameter ja auch schon ein ganzes Stück vorangekommen, was mich stört ist dass die Eingrenzung immer negativ ist, d.h. man weiß recht genau, was NICHT geht, es ist aber nichts positives erkennbar, was durch irgendwelche Experimente erhärtet wäre.
Vielleicht sind wir davon nur technisch noch zu weit entfernt, aber bei vielen anderen Entdeckungen der letzten Zeit, und sei es das Higgs-Boson, hat man doch schon rel. lange auf ein bestimmtes Ziel hingearbeitet, das fehlt mir beim Thema DM irgendwie.

Viele Grüße zurück
Jörg

... to boldly go where no man has gone before ...

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Atlas
Meister im Astrotreff

Deutschland
313 Beiträge

Erstellt  am: 08.12.2017 :  19:09:07 Uhr  Profil anzeigen  Besuche Atlas's Homepage  Antwort mit Zitat
Hallo Jörg,

Zitat:
die Debatte dazu wird ja mit heftiger Leidenschaft geführt


Das hast Du sehr wohlwollend ausgedrückt. Ich würde sagen, was in diesem Blog stattfindet, ist ein unwürdiges Gezänk. Das ist das Gegenteil eines wissenschaftlichen Diskurses. Ich wundere mich nur, daß Maeder sich überhaupt bereit gefunden hat, dort etwas zu schreiben.

Ich glaube, bei der DM Diskussion muß man sich vor Augen halten, daß sie unsymmetrisch ist. Es geht nämlich nicht um Bestätigung oder Widerlegung der DM Hypothese durch Experimente, denn sie ist experimentell gar nicht widerlegbar. Denn wenn man nichts gefunden hat, kann man immer sagen, die dunklen Teilchen seien eben so massereich, daß wir mit unseren gegenwärtigen Beschleunigern nicht an sie ran kommen. Das hört man ja oft, und das wird man in 100 Jahren auch noch sagen können, egal wie groß unsere Beschleuniger dann sind. Beweise der Nichtexistenz lassen sich wohl in der Mathematik führen, aber in der Physik ist es oft nicht möglich, nämlich immer dann, wenn die postulierte Realität so unspezifisch ist, daß es kein experimentum crucis gibt. Deshalb trägt hier immer derjenige die Beweislast, der die Existenz von etwas behauptet, nicht der, der sie bezweifelt.

Und deswegen verdient meines Erachtens jeder Versuch, die Beobachtungen aus der bekannten Physik heraus zu erklären, Aufmerksamkeit. Ich bin also gespannt, ob Maeder noch etwas Interpretation des CMB liefern wird, oder ob sein Vorschlag dazu nichts austrägt. Möglicherweise gehen in die DM Interpretation des CMB ja auch jene relativistischen Gleichungen ein, die er skaleninvariant umformulieren will. Vielleicht haben die Schwingungen im CMB und die Rotationskurven der Spiralgalaxien aber auch gar nicht die gleiche Ursache. Selbst die Freunde des „dark sector“ postulieren inzwischen ja ganz verschiedene Arten von DM: heiße, warme, kalte, solche die mehr klumpt und solche die weniger klumpt, solche ohne Selbstwechselwirkung und solche mit, solche die zerfällt und solche die stabil ist ….

Deshalb: „Prüft alles und behaltet das Beste!“ – Hat glaube ich der Apostel Paulus schon gesagt.

Viele Grüße
Johannes

25" f4 Selbstbaudobson, Argo Navis, ServoCat
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