Montag, 23. Mai 2022

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Kinderstube des Kosmos

Physik. - Mit modernen Teleskopen blicken die Astronomen immer weiter hinaus ins All und damit immer weiter zurück in die kosmische Vergangenheit. Was sich an den kosmischen Grenzen tut, ist Thema der Tagung "" im englischen Durham.

Von Dirk Lorenzen | 01.08.2006

Xiaohui Fan arbeitet an der Grenze des Kosmos. Der junge Astronom von der Universität von Arizona ist am Sloan Digital Sky Survey-Projekt beteiligt, der aufwändigsten Himmelsdurchmusterung aller Zeiten. Seit einigen Jahren hat das Sloan-Team von Millionen von Galaxien Aussehen, Position und Entfernung bestimmt. Xiaohui Fan hat sich dabei helle Galaxienkerne, so genannte Quasare, nahe der kosmischen Grenze herausgepickt.

"Die entferntesten Quasare, die wir entdeckt haben, sind mehr als 13 Milliarden Lichtjahre entfernt. Es ist schon überraschend, dass es diese Objekte überhaupt gibt - denn das Universum ist da draußen noch sehr jung. Und diese Quasare haben Schwarze Löcher im Zentrum, die bis zehn Milliarden mal so viel Masse enthalten wie die Sonne. Die große Frage ist, wie sich diese Schwarzen Löcher so schnell bilden konnten."

Diese Objekte sind mehr als 13 Milliarden Lichtjahre entfernt, das heißt die Astronomen sehen sie so, wie sie vor 13 Milliarden Jahren aussahen. Damals war der Kosmos gerade mal 700 bis 800 Millionen Jahre alt. Diese kosmische Kindheit muss turbulent gewesen sein. Denn offenbar sind in dieser kurzen Zeit nach dem Urknall die ersten Sterne aufgeleuchtet, schnell explodiert und zu Schwarzen Löchern geworden. Nach gängiger Theorie müssten diese Schwarzen Löcher dann geradezu im Akkord weiteres Material aufgesammelt haben und so zu enormer Größe angewachsen sein.

"Es zeigt sich allmählich, dass wir nicht genau wissen, wie Schwarze Löcher entstehen. Manche unserer physikalischen Annahmen geraten durch diese extrem massereichen Schwarzen Löcher im frühen Universum ins Wanken. Vielleicht sammelt ein Schwarzes Loch viel schneller und effektiver Materie auf als wir bisher denken. Aber das ist noch offen."

Die Schwarzen Löcher leuchten im Zentrum von Galaxien, großen Ansammlungen von Sternen und Gas. Weil sie viele Sterne verschlingen, leuchten sie hell und sind selbst in so großer Entfernung noch zu sehen. Für die Astronomen ergibt sich da ein kosmisches Henne-und-Ei-Problem:

"Gab es zuerst die Schwarzen Löcher oder die Galaxien? Wir wissen die Antwort noch immer nicht, da wir bisher weder das erste Schwarze Loch, noch die erste Galaxie beobachtet haben. Wir sehen jetzt aber, dass die Galaxien um diese Schwarzen Löcher vergleichsweise klein sind. Die Schwarzen Löcher scheinen sich schneller entwickelt zu haben als die Galaxien. Zudem gleichen die Galaxien da draußen genau den extrem aktiven Galaxien in unserer Umgebung, in denen gerade äußerst viele Sterne entstehen. Sternentstehung und Wachstum des Schwarzen Loch gehen also Hand in Hand."

Ein Ausweg aus dem Dilemma der so massereichen Schwarzen Löcher im frühen Universum könnten Schwarze Löcher sein, die unmittelbar nach dem Urknall sofort in enormer Größe entstanden sind. Diese Schwarzen Löcher wären dann die Keimzellen für die Galaxien gewesen. Möglich, aber bisher nicht zu beobachten, bedauert Xiaohui Fan, der bereits die nächste Expedition an die kosmischen Grenzen plant:

"Die Himmelsdurchmusterung des Sloan Digital Sky Survey ist so gut wie fertig. Ebenso wie viele andere Gruppen arbeiten auch wir nun am nächsten technologischen Schritt. Wir wollen noch frühere Quasare im erst 400 oder 500 Millionen Jahre jungen Kosmos finden. Im normalen sichtbaren Licht sind diese Objekte nicht zu sehen, nur im Infrarotbereich. Allerdings sind diese Quasare sehr lichtschwach und selten - man muss große Himmelsflächen absuchen. Hoffentlich finden die Kollegen einige dieser fernen und sehr frühen Objekte in den kommenden Jahren."