Quasare stellen ein Stadium im Lebenszyklus einer Galaxie dar, in dem große Materiemengen spiralförmig auf ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch zuströmen und dabei enorme Energiemengen freisetzen. In diesem Stadium leuchtet der Galaxienkern heller als alles andere im Universum und überstrahlt den Rest seiner Wirtsgalaxie oft um Hunderte oder Tausende Male. Quasare sind die extrem hellen Zentren von Galaxien, angetrieben von aktiv betriebenen supermassereichen Schwarzen Löchern. Die Erforschung dieser Objekte kann Forschern helfen zu verstehen, wie sich Schwarze Löcher im heutigen Universum entwickeln. Durch die Anziehung von Gas und Staub setzen diese Schwarzen Löcher jedoch so viel Energie frei, dass sie ganze Wirtsgalaxien überstrahlen können, was ihre Untersuchung erschwert.
Im Jahr 2026 entdeckte das Euclid-Weltraumteleskop der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) 31 der ältesten jemals gefundenen Quasare. Zwei dieser gigantischen und gleißenden Galaxienkerne, angetrieben von gewaltigen Schwarzen Löchern, sind die frühesten Quasare, die jemals in der kosmischen Geschichte beobachtet wurden. Sie leuchteten mit der Leuchtkraft von einer Billion Sonnen, als das Universum 670 Millionen Jahre alt war – gerade einmal 5 % seines heutigen Alters.
Seit Jahrzehnten suchen Wissenschaftler nach den allerersten Quasaren im Universum. Diese Objekte enthüllen, was in der Frühzeit des Kosmos geschah, unter anderem, wie die ersten supermassereichen Schwarzen Löcher und Galaxien entstanden. Quasare aus dieser Ära sind jedoch schwer zu finden. Sie sind selten, da nur wenige Galaxien eine ausreichend große Ausdehnung erreichten und ihr ursprüngliches Licht schwach ist und leicht mit dem Licht näherer Sterne verwechselt werden kann. Die Studie „Euclid: Discovery of 31 New Quasars at 6.6 < z < 7.8“ von D. Yang et al. wurde am 6. Juli 2026 in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
Das Euclid-Teleskop hat die ältesten Quasare im Universum entdeckt. (ESA)
Das 2023 gestartete Euclid-Teleskop erforscht diesen geheimnisvollen Teil der frühen kosmischen Geschichte – und liefert dabei aufregende Ergebnisse. Im Jahr 2026 entdeckte das Teleskop eine beispiellose Anzahl neuer Quasare – 31 – im frühen Universum. Dies verschiebt die Zeitleiste auf eine Zeit zurück, in der der Kosmos erst 5 % seines heutigen Alters hatte, wie die Europäische Weltraumorganisation (ESA) mitteilte.
„Diese frühen Quasare stammen aus der Frühzeit des Universums“, sagt Daming Yan von der Universität Leiden in den Niederlanden, Hauptautor der Studie zur Entdeckung des Euclid-Quasars. „Indem wir sie finden und untersuchen, können wir besser verstehen, wie diese enormen Systeme entstanden und sich so schnell ausgedehnt haben – eines der größten Rätsel der Astrophysik.“
Die bisher bekannten frühesten Quasare waren nur die Spitze des Eisbergs: seltene, helle Anomalien, die am einfachsten zu entdecken waren. Es gab schlichtweg nicht genügend Quasare aus der Frühzeit des Universums, um sie als Gruppe umfassend zu untersuchen. Eine neue Entdeckung des Euclid-Teleskops ändert dies nun grundlegend und umfasst nicht nur die hellen Anomalien, sondern auch den Großteil der Population der frühen Quasare.
„Euclid ist ein echter Durchbruch“, fügt Daming hinzu. „Bisher konnten wir nur wenige der hellsten alten Quasare nachweisen, aber Euclid ermöglicht es uns, sie viel effizienter über weite Himmelsbereiche hinweg zu suchen und dabei auch viel schwächeres Licht einzufangen. Es ist ein einzigartiges Werkzeug für die Quasarjagd.“
Diese Entdeckung fügt 12 neue Quasare mit einer Rotverschiebung von 7 oder höher hinzu – ein Maß für Entfernung und Bewegung, das damit zusammenhängt, wie sich Licht im expandierenden Kosmos ausbreitet – was den ersten 770 Millionen Jahren der Existenz des Universums entspricht.
Standorte von 31 neuen Quasaren im Euclid-System. ESA
Die beiden ältesten Quasare dieser Gruppe, EUCL J172902.75+641018.1 und EUCL J125308.55+705432.3, weisen Rotverschiebungen von 7,77 bzw. 7,69 auf und stellen damit einen neuen Rekord für die ältesten jemals entdeckten Quasare dar. Beide befinden sich in einer Entfernung von gut 13 Milliarden Lichtjahren und entstanden innerhalb der ersten 670 Millionen Jahre des Universums.
„Diese Entdeckung verdoppelt die Anzahl der uns bekannten alten Quasare“, sagt Antonio La Marca, ESA-Forscher im Euclid-Team. Astronomen brauchten über ein Jahrzehnt, um die ersten etwa zehn Quasare mit Rotverschiebungen von 7 und höher zu entdecken, doch Euclid hat bereits innerhalb eines Jahres weitere gefunden.
„Das Euclid-Team hat erstmals eine echte Bestandsaufnahme der Quasare im Frühstadium des Universums durchgeführt“, fügt Antonio hinzu. „Dies ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis dieser bemerkenswerten Objekte auf einer fundamentaleren Ebene.“
Der zweitälteste von Daming und seinen Kollegen entdeckte Quasar wurde kürzlich von Silvia Belladitta und ihren Mitarbeitern genauer untersucht. Diese Beobachtungen ergaben, dass sich der Quasar in einer staubigen, gasgefüllten Galaxie befindet, in der aktiv neue Sterne entstehen. Dies deutet darauf hin, dass es sich um die mögliche Wirtsgalaxie eines frühen supermassereichen Schwarzen Lochs handeln könnte.
Quasare erinnern an eine faszinierende Epoche der kosmischen Geschichte, die sogenannte „Epoche der Reionisierung“: Damals vollzog sich der Übergang von Kälte und Dunkelheit (dem „Dunklen Zeitalter“) zu Wärme und Ionisierung (der Spaltung von Energie durch Licht). Diese Übergangszeit war entscheidend und legte den Grundstein für alles, was wir heute sehen.
„Antike Quasare sind seltene Entdeckungen. Sie sind an sich schon interessant, aber auch als Zeitmaschinen, die es uns ermöglichen, das frühe Universum zu erforschen und zu verstehen, wie die erste Generation von Galaxien entstanden ist“, sagt Valeria Pettorino, Projektwissenschaftlerin für das Euclid-Projekt der Europäischen Weltraumorganisation.
Quasare wurden von Euclid entdeckt. ESA
„Die Leistungsfähigkeit des Euclid-Teleskops ist beispiellos. Das Teleskop vereint ein großes Sichtfeld, eine hohe Schärfentiefe, scharfe Bilder und eine einzigartige, weltraumgestützte Infrarotsicht, wodurch es möglich ist, seltene, extrem weit entfernte Objekte viel effektiver als bisher zu erfassen.“
Und es ist nicht nur das Teleskop: Die Datenverarbeitung ist nur dank der Tausenden von Wissenschaftlern und Ingenieuren im Euclid-Konsortium möglich, die zusammenarbeiten, um wissenschaftliche Entdeckungen zu machen und riesige Datenmengen zu durchforsten, um seltene, weit entfernte Quasare zu identifizieren, die wir dann mit bodengebundenen Teleskopen weiter untersuchen können.“
Die hier vorgestellten 31 Quasare wurden mithilfe von Daten des umfangreichen Euclid-Teleskops entdeckt, das nach seiner Fertigstellung mehr als ein Drittel des gesamten Himmels abdecken wird. Euclid wird die Geheimnisse des dunklen Universums entschlüsseln; das Teleskop erforscht dessen Zusammensetzung, Geschichte und Entwicklung und kartiert seine großräumige Struktur, indem es Milliarden von Galaxien beobachtet und zahlreiche Quasare entdeckt.
Der Quasar mit der höchsten Rotverschiebung in dieser Studie trägt die Bezeichnung EUCL J172902.75+641018.1 (Rotverschiebung 7,77), der zweithöchste EUCL J125308.55+705432.3 (Rotverschiebung 7,69). Der bisherige Rekordhalter, entdeckt im Jahr 2021, weist eine Rotverschiebung von 7,64 auf.
Künstlerische Darstellung eines antiken Quasars. ESA
Die Raumsonde Euclid wurde im Juli 2023 gestartet und nahm am 14. Februar 2024 ihre planmäßigen wissenschaftlichen Beobachtungen auf. Im November 2023 und Mai 2024 konnte die Welt erstmals die Qualität der Euclid-Bilder bewundern, und im Oktober 2024 wurde der erste Teil ihrer umfassenden Karte des Universums veröffentlicht. Die ersten Daten der Euclid-Durchmusterung, einschließlich einer vorläufigen Übersicht über die tiefen Regionen des Universums, wurden im März 2025 publiziert. Weitere Informationen zu den Entdeckungen der Mission und den veröffentlichten Daten finden Sie unter: esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid
Euclid ist eine europäische Mission, die von der ESA mit Beiträgen ihrer Mitgliedstaaten und der NASA entwickelt und betrieben wird. Das Euclid-Konsortium, bestehend aus über 2.000 Wissenschaftlern aus 300 Instituten in 15 europäischen Ländern, den USA, Kanada und Japan, ist für die Bereitstellung der wissenschaftlichen Instrumente und die Analyse der wissenschaftlichen Daten verantwortlich. Die ESA wählte Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für den Bau des Satelliten und seines Servicemoduls, während Airbus Defence and Space mit der Entwicklung des Nutzlastmoduls einschließlich des Teleskops beauftragt wurde. Die NASA lieferte die Nahinfrarotspektrometer und -photometer (NISP). Euclid ist eine Mission mittlerer Größe im Rahmen des ESA-Programms „Space Vision“.
Künstliche Intelligenz hat sieben raumzeitverzerrende „Quasare“ entdeckt. Dies könnte uns helfen zu verstehen, wie supermassive Schwarze Löcher entstehen und wachsen.
Einige der hellsten Objekte im Universum könnten auch Aufschluss über die Entwicklung von Galaxien geben – insbesondere dann, wenn die Schwerkraft sie in gigantische kosmische Vergrößerungsgläser verwandelt. Die Forschungsergebnisse wurden am 22. Juli 2026 im „The Astrophysical Journal“ veröffentlicht.
Mithilfe künstlicher Intelligenz zur Analyse von Daten des Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) haben Astronomen sieben vielversprechende Kandidaten für Quasare identifiziert, die als Gravitationslinsen fungieren – natürliche kosmische Vergrößerungsgläser, die entstehen, wenn die Schwerkraft eines massereichen Objekts das Licht eines weiter entfernten Objekts ablenkt und verstärkt.
Laut einer Mitteilung der Ohio State University könnten diese ungewöhnlichen Systeme Forschern helfen, besser zu verstehen, wie aktiv wachsende supermassive Schwarze Löcher entstehen.
In diesem kosmischen Tiefenfeld lässt sich der Gravitationslinseneffekt beobachten. Beachten Sie, wie einige der leuchtenden Flecken als Punkte, andere hingegen als Linien erscheinen. NASA, ESA, CSA, STScI, Jose Diego (IFCA), Jordan D’Silva (UWA), Anton Kukemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Roger Windhorst (ASU), Haojing Yang (Universität Missouri); Bildverarbeitung: Joseph DePasquale (STScI)
„Quasare sind wie Frühaufnahmen eines supermassereichen Schwarzen Lochs“, sagte Everett MacArthur, Hauptautor der Studie und Doktorand der Astronomie an der Ohio State University, in einer Erklärung. „Deshalb ist es wirklich wichtig zu erforschen, wie Quasare zu diesen Schwarzen Löchern gelangen.“
Seltene Fälle, in denen ein Quasar als Gravitationslinse wirkt, umgehen dieses Problem und bieten Astronomen die einzigartige Möglichkeit, sowohl den Quasar selbst als auch die ferne Galaxie zu beobachten, deren Licht durch seine Schwerkraft verstärkt wird.
Die Erkennung dieser seltenen Koinzidenzen kann jedoch äußerst schwierig sein. Um sie zu identifizieren, nutzte das Forschungsteam einen Katalog von etwa 800.000 Quasaren, die vom DESI identifiziert wurden, und verwendete ein Modell des maschinellen Lernens, um nach subtilen Anzeichen von Gravitationslinseneffekten zu suchen.
Da nur sehr wenige durch Gravitationslinsen verzerrte Quasare bekannt sind, standen den Forschern nur wenige reale Daten zum Trainieren ihres KI-Modells zur Verfügung. Stattdessen erzeugten sie simulierte Beispiele dieser kosmischen Konstellationen, wodurch der Algorithmus die richtigen Parameter ermitteln konnte, bevor er den DESI-Katalog durchsuchte. Der Algorithmus reduzierte die Suche auf etwa 200 Kandidaten, die die Forscher anschließend manuell überprüften. Dabei wurden sieben neue Kandidaten für durch Gravitationslinsen verzerrte Quasare identifiziert.
Diese Künstlerdarstellung zeigt das helle Licht zweier Quasare in den Zentren zweier Galaxien, die sich in einem chaotischen Verschmelzungsprozess befinden. NASA, ESA und J. Olmsted (STScI)
Laut der Erklärung handelt es sich bei diesen Entdeckungen um etwa das Doppelte der Anzahl bekannter Systeme, die in ähnlichen explorativen Studien entdeckt wurden.
Künstliche Intelligenz spielte zwar eine Schlüsselrolle bei der Identifizierung von Kandidaten, doch diese Entdeckungen unterstreichen das wissenschaftliche Potenzial, das in den riesigen Datenmengen der modernen Astronomie verborgen liegt. DESI kartiert Millionen von Galaxien und Quasaren und schafft so ein gewaltiges Archiv, dessen manuelle Durchsicht praktisch unmöglich wäre.
Weitere Beobachtungen sind nötig, um die neu entdeckten Quasarlinsen zu bestätigen und ihre Eigenschaften genauer zu untersuchen. Sollten sie sich bestätigen, könnten sie Astronomen ein leistungsstarkes neues Werkzeug an die Hand geben, um zu erforschen, wie supermassereiche Schwarze Löcher die sie umgebenden Galaxien geformt haben. Zudem würden sie zeigen, wie künstliche Intelligenz seltene kosmische Phänomene aufdecken kann, die in den riesigen Datenmengen moderner Himmelsdurchmusterungen verborgen sind.
Im Jahr 2024 entdeckten Astronomen mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops den ersten „Einstein-Zickzack“ – das Bild eines einzelnen Quasars, das sich sechsmal in einem einzigen Bild wiederholt. Dieses Phänomen entstand durch einen Effekt, den Albert Einstein 1915 erstmals vorschlug: die Gravitationslinsenwirkung. Es könnte Wissenschaftlern helfen, eine Krise in der Kosmologie abzuwenden.
Dieses System mit der Bezeichnung J1721+8842 besteht aus einem Quasar – einem extrem leuchtkräftigen Galaxienkern –, der von zwei weit voneinander entfernten, aber perfekt ausgerichteten Galaxien als Gravitationslinsen verzerrt wird. Diese Beobachtung ist nicht nur unglaublich selten und ein faszinierendes Beispiel für das Phänomen der Raumzeitkrümmung, das Albert Einstein in seiner bahnbrechenden Arbeit zur Gravitationstheorie, der allgemeinen Relativitätstheorie, beschreibt, sondern sie besitzt laut einer Veröffentlichung auf arXiv auch eine Stärke, die von herkömmlichen Gravitationslinsen nicht erreicht wird.
Abbildung von J1721+8842 mit sechs Darstellungen des Hintergrundquasars, gekennzeichnet mit A bis F. Dux et al., 2017
Die erste von der Menschheit beobachtete Einstein-Zickzack-Kurve könnte Wissenschaftlern helfen, zwei der größten Rätsel der Kosmologie zu lösen. Das erste betrifft die Natur der Dunklen Energie, jener Kraft, die die beschleunigte Expansion des Universums antreibt und etwa 70 % des kosmischen Energie- und Materiegleichgewichts ausmacht. Das zweite betrifft eine Diskrepanz, die Wissenschaftler bei der Messung der Expansionsrate des Universums entdecken: die Hubble-Konstante.
Die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass Objekte mit Masse eine Krümmung der Raumzeit verursachen, die sich zu einer einzigen Einheit, der sogenannten Raumzeit, vereint. Je größer die Masse eines Objekts, desto größer ist die Krümmung der Raumzeit. Da die Gravitation auf dieser Krümmung beruht, ist die Gravitationswirkung eines Objekts umso stärker, je größer seine Masse ist.
Gravitationslinseneffekte treten auf, wenn Licht einer Hintergrundquelle auf seinem Weg zur Erde an einem massereichen Gravitationslinsenkörper vorbeizieht und dadurch der Krümmung des Raumes folgt, was seine eigene Flugbahn ablenkt. Das Licht dieser Hintergrundquelle beschreibt daher unterschiedliche Bahnen um die Gravitationslinse herum, nähert sich der Linsenmasse in unterschiedlichen Abständen und wird unterschiedlich stark abgelenkt. Dies bedeutet, dass Licht derselben Hintergrundquelle zu unterschiedlichen Zeiten im selben Teleskop eintreffen kann.
Dadurch kann derselbe lichtemittierende Hintergrundkörper an mehreren Stellen in einem einzigen Bild erscheinen. Diese Objekte können Strukturen bilden, die Einsteinringen, Einsteinkreuzen und, in diesem speziellen Fall, Einsteinzickzackmustern ähneln.
Das JWST war nicht das erste Teleskop, das J1721+8842 entdeckte. Dieser durch Gravitationslinsen verzerrte Quasar, der genauer gesagt aus hell leuchtendem Gas und Staub besteht, der ein supermassereiches Schwarzes Loch umgibt, wurde 2017 von Cameron Lemon mit dem Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System (Pan-STARRS) am Haleakala-Observatorium auf Hawaii entdeckt.
Zunächst schien es, als würde der Quasar nur vierfach durch Gravitationslinsen verzerrt. Die hohe Empfindlichkeit des JWST-Teleskops zeigte jedoch, dass zwei Galaxien diesen fernen Quasar tatsächlich sechsfach verzerrten, wobei die weiter entfernte Galaxie in dieser Konstellation zusätzlich von der näheren Galaxie beeinflusst wurde.
J1721+8842, das 2017 vom Pan-STARRS-Projekt beobachtet wurde, scheint aus vier durch Gravitationslinsen verzerrten Quasaren zu bestehen. Pan-STARRS/Lemon 2017
Normalerweise erzeugen Gravitationslinsen, die von einer einzelnen Galaxie gebildet werden, je nach Ausrichtung zwei oder vier Bilder des Hintergrundobjekts. In diesem Fall wird eine außergewöhnliche Ausrichtung zwischen zwei Galaxien und einem Quasar beobachtet, die eine seltene Konfiguration von sechs Bildern erzeugt. Dies wird als „Einstein-Zickzack“ bezeichnet, da der optische Pfad von zwei der Mehrfachbilder zunächst an der ersten Galaxie vorbeiführt, bevor er an der zweiten Galaxie vorbeigelenkt wird. Dieser optische Pfad erzeugt ein Zickzackmuster zwischen den beiden Galaxien.
Der Hauptautor der Studie und Forscher am Labor für Astrophysik der EPFL, Frédéric Dukes, sagte, dies sei das erste Mal, dass Wissenschaftler eine so perfekte Ausrichtung zwischen drei verschiedenen Körpern entdeckt hätten, die eine Gravitationslinse erzeugen.
Die nächstgelegene Galaxie in diesem Linsensystem ist so weit entfernt, dass ihr Licht 2,3 Milliarden Jahre brauchte, um die Erde zu erreichen, während das Licht der weiter entfernten Galaxie 10 Milliarden Jahre benötigte. Trotz der enormen Entfernung zwischen diesen beiden Galaxien sind sie so perfekt ausgerichtet, dass beide als Detektoren für das Licht eines etwa 11 Milliarden Lichtjahre entfernten Quasars fungieren, während die Vordergrundgalaxie gleichzeitig das Licht der dazwischenliegenden Galaxie bündelt.
Dieses Diagramm veranschaulicht, wie die Krümmung der Raumzeit zu Gravitationslinseneffekten führt. NASA, ESA und L. Calzada
Das Problem mit der Hubble-Konstante entsteht dadurch, dass die Messung der Hubble-Konstante im frühen Universum und die Extrapolation ihrer Entwicklung über 13,8 Milliarden Jahre kosmischer Geschichte (unter Verwendung des besten kosmologischen Modells) denselben Wert liefern sollte wie die Messung der Hubble-Konstante im lokalen Universum und somit in ihrem aktuellen Alter. Es besteht jedoch eine erhebliche Diskrepanz zwischen diesen beiden Ergebnissen. Messfehler sind in beiden Fällen möglich. Bevor wir also von einer eindeutigen Krise sprechen, müssen wir weiterhin nach potenziellen Fehlern suchen und unsere Messungen verfeinern. Durch die Reduzierung der Messunsicherheit könnte Einsteins Zickzack-Linse den abgeleiteten Wert der Hubble-Konstante näher an den beobachteten Wert heranführen.
Darüber hinaus kann diese Methode gleichzeitig genutzt werden, um die Zustandsgleichung für die Dunkle Energie des Universums einzugrenzen. Diese Größe und die Hubble-Konstante sind typischerweise entartet, was bedeutet, dass wir uns in verschiedene Richtungen bewegen können und dennoch eine gute Übereinstimmung mit den Beobachtungsdaten erzielen.
Während das JWST-Teleskop eine entscheidende Rolle bei der Aufdeckung der wahren Natur von J1721+8842 als Einstein-Zickzackstruktur spielte, ist es möglicherweise nicht das beste Instrument, um andere derart schwer fassbare Strukturen zu finden.
Sechs Nachweise desselben Quasars in einem einzigen Bild, aufgenommen mit dem JWST-Teleskop, deuten auf die Entdeckung des ersten Zickzack-Einstein-Quasars hin. (Dux et al., 2024)
Im Jahr 2025 entdeckten Wissenschaftler 53 leistungsstarke Quasare, die Jets aussenden, die 50 Mal breiter sind als unsere Milchstraße.
Astronomen haben 53 neue Quasare entdeckt, die von supermassereichen Schwarzen Löchern angetrieben werden und Materiestrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausstoßen, die sich über einen Durchmesser von bis zu 7,2 Millionen Lichtjahren erstrecken, etwa das 50-fache der Breite der Milchstraße.
Diese gigantischen Objekte, bekannt als Riesen-Radioquasare, gehören zu einer Gruppe von 369 Radioquasaren, die kürzlich von indischen Astronomen anhand von Daten des Giant Meter Radio Telescope (GMRT) entdeckt wurden. Das GMRT ist ein Array aus 30 Parabolantennen in der Nähe von Pune, Indien, und Teil des TIFR GMRT Sky Survey (TGSS)-Projekts. Der TGSS deckte etwa 90 % des Himmels über der Erde ab, und die große Himmelsabdeckung und hohe Empfindlichkeit des Teleskops machen es zu einem idealen Instrument zur Entdeckung weit entfernter, riesiger Radioemissionsobjekte wie Riesen-Radioquasare. Die Ergebnisse der Studie wurden am 13. November 2025 in der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal Supplement Series“ der American Astronomical Society veröffentlicht.
„Die Größe dieser Radiojets ist mit der Größe unseres Sonnensystems oder gar unserer Galaxie nicht vergleichbar“, erklärte Souvik Manik vom City College Midnapore, Mitglied des Forschungsteams, in einer E-Mail. „Wir sprechen hier von 20 bis 50 Durchmessern der Milchstraße, die alle nahe beieinander liegen.“
Während man annimmt, dass alle großen Galaxien supermassive Schwarze Löcher mit Massen im Bereich von Millionen bis Milliarden von Sonnenmassen in ihren Zentren besitzen, speisen nicht alle dieser kosmischen Giganten helle Zentralregionen, die als aktive Galaxienkerne (AGN) bezeichnet werden, oder werden als „Quasare“ beobachtet, die extrem energiereiche Galaxienkerne sind.
Um einen Quasar anzutreiben, muss ein supermassereiches Schwarzes Loch von einer riesigen Menge Gas und Staub umgeben sein, von der es sich ernähren kann. Dieses Material umkreist supermassereiche Schwarze Löcher in abgeflachten Wolkenstrukturen, den sogenannten Akkretionsscheiben. Die enorme Gravitationskraft supermassereicher Schwarzer Löcher erzeugt starke Gezeitenkräfte in den Akkretionsscheiben, die das Material erhitzen und es dazu bringen, helle Strahlung im gesamten elektromagnetischen Spektrum auszusenden.
Schwarze Löcher sind jedoch bekanntermaßen „schmutzige“ Materiefresser, und nicht die gesamte Materie in Akkretionsscheiben landet dort. Starke Magnetfelder lenken hochionisiertes Gas, das Plasma, zu den Polen des supermassereichen Schwarzen Lochs, wo es auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und in entgegengesetzte Richtungen als kraftvolle Doppeljets ausgestoßen wird. Mit der Zeit, wenn sie Entfernungen von mehreren Lichtjahren von ihrem Ursprung erreichen, können sich diese Jets zu breiten Schweifen oder „Blättern“ ausdehnen, die sich weit über und unter die Ebene der Galaxie erstrecken, aus der sie stammen. Die Jets und Blätter senden starke Radiostrahlung aus.
Zwei Beispiele kürzlich entdeckter riesiger Radioquasare, die jeweils Millionen von Lichtjahren umfassen. Pal et al. 2025
„Ihre gewaltigen Radiojets machen diese Quasare zu wertvollen Forschungsobjekten, um sowohl die späten Stadien ihrer Entwicklung als auch das intergalaktische Medium, in dem sie expandieren – das dünne Gas, das ihre radioemittierenden Regionen Millionen von Lichtjahren vom zentralen Schwarzen Loch entfernt hält – zu verstehen“, sagte Teamleiter Sabyasachi Pal, Astronom am City College Midnapore. „Die Suche nach solchen Giganten ist jedoch eine Herausforderung.“ Der Forscher erklärte, dies liege daran, dass die schwache Strahlungsbrücke, die die beiden Regionen verbindet, oft unter die Nachweisgrenze fällt, wodurch die Gesamtstruktur fragmentiert oder unvollständig erscheint.
„Niederfrequente Radiodurchmusterungen sind besonders leistungsfähig für die Identifizierung dieser Systeme, da das alte Synchrotronplasma in den Loben bei niedrigeren Radiofrequenzen stärker emittiert als bei höheren“, fuhr Pal fort.
Das Forschungsteam bemerkte einen interessanten Trend in Bezug auf riesige Radioquasare und ihre Umgebung: Mindestens 14 % dieser monströsen Objekte befinden sich in Gruppen und Clustern von Galaxien sowie in der Nähe kosmischer Filamente aus Gas, Staub und dunkler Materie, wo sich Galaxien sammeln und wachsen.
„Die Umgebung scheint eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung dieser Radiojets zu spielen“, erklärte Netai Bhukta, Mitglied des Forschungsteams der Sidho Kanho Birsha Universität in Lagde, Indien, in einer Stellungnahme. „In dichteren Regionen können die Jets durch das umgebende Gas abgebremst, abgelenkt oder gestört werden, während sie sich in leereren Regionen frei durch das intergalaktische Medium ausbreiten können.“
Obwohl die meisten Quasare Doppeljets besitzen, haben Wissenschaftler festgestellt, dass diese Jets oft ungleichmäßig lang oder hell sind – ein Unterschied, der als Radiojet-Asymmetrie bezeichnet wird. „Diese Asymmetrie zeigt uns, dass diese Jets mit einer ungleichmäßigen kosmischen Umgebung zu kämpfen haben“, erklärte Teammitglied Sushanta K. Mondal von der Sidho Kanho Birsha Universität. „Auf der einen Seite trifft der Jet möglicherweise auf dichtere intergalaktische Gaswolken, was sein Wachstum verlangsamt, während er sich auf der anderen Seite in einer dünneren Umgebung frei ausdehnen kann.“
Die Ergebnisse der Studie deuten darauf hin, dass Riesenquasare in größerer Entfernung eine stärkere Jet-Asymmetrie aufweisen als Quasare in der Nähe der Milchstraße. Dies könnte daran liegen, dass wir diese Quasare mit zunehmender Entfernung zeitlich weiter zurück betrachten und das frühe Kosmos damals deutlich chaotischer und mit dichterem Gas angereichert war, was die Flugbahnen der Jets verzerrte.
Ein Stück Geschichte
Im Jahr 2024 entdeckte das James-Webb-Weltraumteleskop einsame Quasare, die von supermassereichen Schwarzen Löchern im frühen Universum angetrieben werden.
Man ging davon aus, dass die Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) irreführend waren, da isolierte Schwarze Löcher Schwierigkeiten haben sollten, genügend Masse anzusammeln, um einen supermassiven Zustand zu erreichen, insbesondere nur wenige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall. Diese Entdeckung verkomplizierte das Rätsel, wie einige Schwarze Löcher Massen von Millionen oder sogar Milliarden von Sonnen erreichen konnten, als das Universum noch keine Milliarde Jahre alt war, zusätzlich.
Diese Erkenntnisse stammen von einem Wissenschaftlerteam, das mit dem JWST-Teleskop die Umgebungen von fünf der frühesten bekannten Quasare untersuchte. Diese entstanden, als das Universum zwischen 600 und 700 Millionen Jahre alt war. Das Team entdeckte, dass die Umgebungen dieser Quasare, sogenannte Quasarfelder, überraschend vielfältig waren. Einige waren, wie von Wissenschaftlern vorhergesagt, dicht besiedelt, andere hingegen dünn besiedelte „leere Speicher“, in denen das Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher kaum möglich gewesen wäre. Die Ergebnisse des Teams wurden am 17. Oktober 2024 im Astrophysical Journal veröffentlicht.
„Anders als bisher angenommen, haben wir festgestellt, dass diese Quasare im Durchschnitt nicht unbedingt in den dichtesten Regionen des frühen Universums zu finden sind. Einige von ihnen scheinen sich mitten im Nirgendwo zu befinden“, erklärte Anna-Christina Eilers, Physikprofessorin am MIT, in einer Stellungnahme. „Es ist schwer zu erklären, wie diese Quasare so groß werden konnten, wenn sie offenbar keine Nahrung hatten.“
Man ging davon aus, dass supermassive Schwarze Löcher in den Zentren aller großen Galaxien des relativ modernen Universums existieren. Da kein Stern groß genug ist, um zu kollabieren, und Schwarze Löcher solch ungeheure Massen besitzen, wussten Wissenschaftler, dass supermassive Schwarze Löcher anders entstehen müssen als sogenannte „stellare Schwarze Löcher“ mit Massen zwischen 10 und 100 Sonnenmassen, die durch den Tod massereicher Sterne entstehen.
Modelle legten nahe, dass supermassereiche Schwarze Löcher durch die sukzessive Verschmelzung immer größerer Schwarzer Löcher entstehen könnten, doch dieser Prozess würde über eine Milliarde Jahre dauern. Das JWST-Teleskop beobachtete jedoch supermassereiche Schwarze Löcher, die sich in deutlich kürzerer Zeit bildeten.
Diese Illustration zeigt ein supermassives Schwarzes Loch, das Quasare antreibt. NASA/JPL–Caltech
Diese supermassereichen Schwarzen Löcher sind beobachtbar, weil sie sich in turbulenten, gasreichen Umgebungen, sogenannten aktiven Galaxienkernen (AGN), befinden, aus denen sie Materie aufnehmen. Dies begünstigt auch ihr Wachstum. Die enorme Masse der Schwarzen Löcher in diesen Umgebungen lässt die abgeflachten Gas- und Staubwolken um sie herum hell leuchten, oft heller als das gesamte Licht aller Sterne der Galaxie, in der sie sich befinden. Dieses Licht, Billionen Mal heller als die Sonne, deutet auf die Anwesenheit eines Quasars hin.
Allerdings benötigen supermassive Schwarze Löcher einen „Lieferservice“, um ihre unmittelbare Umgebung mit Gas und Staub ausreichend zu sättigen und eine so unglaubliche Leuchtkraft zu erreichen.
„Es ist schlichtweg phänomenal, dass wir jetzt ein Teleskop besitzen, das Licht aus der Zeit vor 13 Milliarden Jahren so detailliert einfangen kann“, sagte Eilers. „Zum ersten Mal hat uns das JWST ermöglicht, die Umgebung dieser Quasare zu untersuchen, wo sie entstanden sind und wie ihre Umgebung aussah.“
Siehe auch... Neue Methode zur Beobachtung einzelner Atome bestätigt jahrhundertealte quantenmechanische Theorie |
Um die Umgebungen von Quasaren zu untersuchen, wählte das Team fünf Regionen aus, die von supermassereichen Schwarzen Löchern angetrieben werden und zwischen August 2022 und Juni 2023 vom JWST-Teleskop untersucht wurden. Dies erforderte das Zusammenfügen mehrerer Bilder, um ein Mosaik des Quasarfeldes für jede Region um das supermassereiche Schwarze Loch zu erstellen.
Durch die Verarbeitung von Bildern mit unterschiedlichen Wellenlängen des Lichts war es auch möglich festzustellen, ob das Licht aus einer benachbarten Galaxie des Quasars stammte, und zu messen, wie weit diese Galaxie von dem hellen zentralen Quasar entfernt war.
„Wir haben festgestellt, dass sich diese fünf Quasare nur in ihrer völlig unterschiedlichen Umgebung unterscheiden“, sagte Eilers. „Ein Quasar ist beispielsweise von fast 50 Galaxien umgeben, der andere hingegen nur von zwei. Beide Quasare sind in Größe, Volumen und Helligkeit identisch und befinden sich im selben Universum.“
Die Forschungsergebnisse des Teams stellen die Theorie des Wachstums supermassereicher Schwarzer Löcher und sogar die Entstehung von Galaxien im Allgemeinen in Frage. Man ging bisher davon aus, dass diese Entwicklung von einem riesigen „kosmischen Netzwerk“ dunkler Materie angetrieben wird; dunkle Materie macht etwa 85 % der gesamten Materie aus, ist aber für uns praktisch unsichtbar.
Im frühen Universum lenkten Filamente dunkler Materie im kosmischen Netz Gas und Staub und zogen entlang ihrer ausgedehnten Verzweigungen primordiale Materie an. An den Knotenpunkten dieser Filamente sammelten sich Regionen mit extrem hoher Materiedichte an. Hier entstanden die ersten Galaxien, und auch die ersten Quasare dürften hier entdeckt worden sein.
„Das kosmische Netz dunkler Materie ist eine robuste Vorhersage unseres kosmologischen Modells des Universums und lässt sich mithilfe numerischer Simulationen detailliert beschreiben“, erklärte Teamleiter Elia Pizzati, Doktorand an der Universität Leiden, in einer Stellungnahme. „Durch den Vergleich unserer Beobachtungen mit diesen Simulationen können wir genau bestimmen, wo sich Quasare im kosmischen Netz befinden.“
Eine Aufnahme eines uralten Quasars, der von einem supermassereichen Schwarzen Loch im frühen Universum angetrieben wird, aufgenommen mit dem JWST-Teleskop. Christina Eilers/EIGER-Team
Supermassive Schwarze Löcher, die sich an diesen Knotenpunkten des kosmischen Netzes befinden, sollten durch einen stetigen und schnellen Zustrom von Gas und Staub aus dem kosmischen Netz wachsen, wie ein galaktisches Larvensammelzentrum – dies würde es Quasaren ermöglichen, monströse Massen und extreme Leuchtkräfte zu erreichen.
Die leere Umgebung scheint auf einen Mangel an Dunkler Materie und eine Überdichte an Knotenpunkten im kosmischen Netzwerk hinzudeuten. Trifft dies zu, können die bestehenden Theorien zu Wachstumsmechanismen die Entstehung dieser Quasare nicht erklären. Eine mögliche Lösung dieses Rätsels ist, dass diese frühen Quasare tatsächlich von kosmischem Staub umgeben und daher unsichtbar sind.
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass im Rätsel um das Wachstum dieser supermassereichen Schwarzen Löcher noch immer ein entscheidendes Puzzleteil fehlt“, schlussfolgerte Eilers. „Wenn für einige Quasare nicht genügend Materie vorhanden ist, um kontinuierlich zu wachsen, bedeutet das, dass es einen anderen, uns noch unbekannten Wachstumsmechanismus geben muss.“
Es sei klargestellt, dass Astronomen seit 2023 davon ausgehen, dass Quasare bei Kollisionen von Galaxien entstehen, die zu einer Konzentration und Kompression interstellarer Materie führen.
Bei der Untersuchung von Bildern von 48 Quasaren und über 100 gewöhnlichen Galaxien, die mit dem Isaac-Newton-Teleskop auf der spanischen Insel La Palma aufgenommen wurden, entdeckten Wissenschaftler verzerrte Strukturen in den äußeren Bereichen von Galaxien mit Quasaren. Die Forscher vermuteten, dass diese Strukturen die Überreste von Kollisionen sind, bei denen interstellares Gas auf das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie zugedrängt wurde und kurz vor der Absorption eine enorme Menge an Energie in Form von Licht freisetzte, das wie ein Quasar aufleuchtete. Die Ergebnisse der Studie wurden 2023 in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
Durch den Vergleich von Galaxien mit und ohne Quasare kamen Astronomen zu dem Schluss, dass Quasargalaxien dreimal häufiger mit anderen Galaxien interagieren oder kollidieren. Wahrscheinlich wird unserer Milchstraße ein ähnliches Schicksal widerfahren, wenn sie in fünf Milliarden Jahren mit der Andromedagalaxie kollidiert und so einige der hellsten neuen Objekte im Universum am Sternenhimmel entstehen.
Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum des Quasars J0529-4351, das 2024 entdeckt wurde, besitzt eine Masse zwischen 17 und 19 Milliarden Sonnenmassen. Jedes Jahr zieht es Gas und Staub mit einer Masse von 370 Sonnenmassen an. Dadurch ist J0529-4351 so leuchtstark, dass es, befände es sich in der Nähe der Sonne, 500 Billionen Mal heller als unser Stern wäre.
„Wir haben das bisher am schnellsten wachsende Schwarze Loch entdeckt. Es besitzt eine Masse von 17 Milliarden Sonnenmassen und absorbiert etwas mehr als eine Sonnenladung pro Tag“, erklärte Teamleiter und Astronom Christian Wolff von der Australian National University in einer Mitteilung. „Damit ist es das leuchtstärkste Objekt im bekannten Universum.“ Die Ergebnisse der Studie wurden am 19. Februar 2024 in der Fachzeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
Objekt J0529-4351 wurde vor mehr als 40 Jahren in den Daten entdeckt, war aber so hell, dass Astronomen es nicht als Quasar identifizieren konnten.
Quasare sind Regionen im Zentrum von Galaxien, die supermassereiche Schwarze Löcher enthalten, umgeben von Gas und Staub, die diese Leere speisen. Die extremen Bedingungen in den Materiescheiben um diese aktiven Schwarzen Löcher, den sogenannten Akkretionsscheiben, die durch die immense Schwerkraft der Objekte entstehen, erhitzen das Gas und den Staub und lassen sie hell leuchten.
Die Region im Weltraum um den rekordverdächtigen Quasar J0529-4351. ESO/Digitized Sky Survey 2/Dark Energy Survey
Darüber hinaus wird jegliche Materie in diesen Scheiben, die nicht vom Schwarzen Loch aufgenommen wird, zu den Polen des kosmischen Riesen gelenkt, wo sie als Teilchenstrahl mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen wird und dabei ebenfalls intensives Licht erzeugt. Quasare in diesen Regionen aktiver Galaxienkerne (AGN) können daher heller leuchten als Milliarden von Sternen in den umliegenden Galaxien zusammen.
Doch selbst unter diesen außergewöhnlich hellen Ereignissen sticht J0529-4351 hervor.
Das Licht von J0529-4351 stammt von einer massiven Akkretionsscheibe, die ein supermassereiches Schwarzes Loch speist, dessen Durchmesser Forscher auf etwa 7 Lichtjahre schätzen. Das bedeutet, dass das Durchqueren dieser Akkretionsscheibe einer Reise zwischen Erde und Sonne um etwa 45.000 Mal entspricht.
„Es ist erstaunlich, dass es bis 2024 unbekannt blieb, obwohl wir bereits eine Million weniger beeindruckender Quasare kennen. Bis jetzt lag es buchstäblich direkt vor unseren Augen“, sagte Teammitglied und Wissenschaftler der Australian National University, Christopher Onken, in einer Erklärung.
J0529-4351 wurde erstmals im Rahmen des Schmidt Southern Sky Survey entdeckt, der 1980 begann. Es dauerte jedoch Jahrzehnte, bis bestätigt wurde, dass es sich tatsächlich um einen Quasar handelt. Groß angelegte astronomische Durchmusterungen liefern so viele Daten, dass Astronomen maschinelle Lernmodelle benötigen, um diese zu analysieren und Quasare von anderen Himmelsobjekten zu unterscheiden.
Diese Modelle werden zudem anhand bereits entdeckter Objekte trainiert, wodurch Kandidaten mit außergewöhnlichen Eigenschaften, wie beispielsweise J0529-4351, möglicherweise übersehen werden. Tatsächlich ist dieser Quasar so hell, dass die Modelle ihn nicht erkannten, da sie ihn fälschlicherweise für einen relativ erdnahen Stern hielten.
Eine Illustration des rekordverdächtigen Quasars J059-4351 – des hellen Kerns einer fernen Galaxie, angetrieben von einem energiereichen supermassereichen Schwarzen Loch. ESO/M. Kornmesser
Diese Fehlklassifizierung wurde im Jahr 2023 entdeckt, als Astronomen, die die Region des Objekts mit dem 2,3-Meter-Teleskop des Seeding Spring Observatory in Australien untersuchten, feststellten, dass J0529-4351 in Wirklichkeit ein Quasar war.
Die neue Entdeckung, die bestätigt, dass es sich tatsächlich um den hellsten jemals beobachteten Quasar handelt, wurde bei Nachbeobachtungen von J0529-4351 mit dem X-shooter-Spektrographen am Very Large Telescope (VLT) in der Atacama-Wüste im Norden Chiles gemacht.
Die Astronomen haben ihre Untersuchungen des Objekts J0529-4351 noch nicht abgeschlossen.
Ein Forscherteam glaubt, dass das supermassive Schwarze Loch im Zentrum dieses Quasars sich in der Nähe der Eddington-Grenze befindet, also dem Punkt, an dem die von ihm emittierte Strahlung Gas und Staub verdrängen und damit die kosmischen Reserven des Schwarzen Lochs unterbrechen sollte.
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