Galaxien: Quasare

Diese Erscheinungen des Weltalls geraten in den 50iger Jahren bei Radio-Durchmusterungen des Weltalls erstmals in das Blickfeld der Wissenschaft. Erst 1960 gelingt es, einige der Radioquellen schwach leuchtenden Lichtpunkten zuzuordnen, wobei man es sich nicht vorstellen kann, dass Sterne derartig starke Radiostrahler sind. So nennt man die Objekte sternenähnliche Objekte oder quasistellare Objekte, woraus sich der Begriff Quasar entwickelt. (QUAsi StellAR Radio Source)

Im Jahr 1963 gelingt es dem niederländisch, US-amerikanischen Astronom Maarten Schmidt erstmals die Lichtspektren dieser Objekte zu analysieren. Er erkennt, dass die Spektrallinien den bekannten Elementen zuzuordnen sind, allerdings mit einer sehr starken Rotverschiebung. Da die Rotverschiebung ein Mass für die Entfernung des Objekts ist, wird klar, dass es sich bei den Quasaren um sehr weit entfernte Objekte des Weltalls, mit hohen Fluchtgeschwindigkeiten handelt. Außerdem begreift man erstmals, welche ungeheueren Energiemenge von diesen Objekten in allen Frequenzbereichen ausgestrahlt werden müssen.

So ergibt sich für den von Schmidt untersuchten Quasar 3C273, eine Entfernung von 2 Milliarden Lichtjahren und eine Fluchtgeschwindigkeit von 47.000 km/s. Seine Helligkeit entspricht der von 100 Millionen Sonnen. Mit dieser Entdeckung setzte die Quasarforschung ein.

Die Vorstellung, dass Quasare riesige Ausmasse besitzen um die ungeheueren Signalstärken zu erreichen, wären schon verwunderlich gewesen. Doch die inzwischen beobachteten Helligkeitsschwankungen im Zeitraum eines Tages weisen darauf hin, dass Quasare nicht gross sein können. Auch bei ihnen können sich Signale nur mit Lichtgeschwindigkeit fortsetzen und ein Objekt, das in einem Tag seine Helligkeit verändert, kann aufgrund der Signallaufzeiten nicht grösser sein als ein Lichttag. Bei Masseabschätzungen kommt man für die meisten Quasare auf etwa 100 Millionen Sonnenmassen. Ihre Energieabgabe entspricht aber der von Milliarden von Sonnen, so bei dem 1991 entdeckten, bisher hellsten Quasar. Unter diesem Gesichtspunkt wurde die Frage, wie kommen diese riesigen Energiemengen auf so kleinem Raum zustande, ein ungelöstes Rätsel.

Die Frage ist noch ohne Antwort. Dennoch besitzen die Astrowissenschaftler Vermutungen. Sie gehen davon aus, dass es sich bei Quasaren um eine fortgeschrittene Stufe in der Entwicklung von Galaxien handelt. Möglich wäre, dass ein supermassives, also sehr grosses Schwarzes Loch den Kern eines Quasars bildet und dort Gas und Staub und je nach seiner Masse sogar mehrere Sterne gleichzeitig in sich einverleibt. Nach dem Gesetzt der Masse-Energie Äquivalenz von Einstein könnten diese Massen bei ihrer Beschleunigung auf das Schwarze Loch hin, Lichtgeschwindigkeit erreichen und müssten sich damit in Energie umwandeln. Dieser Prozess ist fast 1000 mal so ergiebig, wie die Kernfusion von Wasserstoff und würde die Helligkeit, sowie die schnellen Signalwege innerhalb der Quasare erklären. Dabei könnten die Schwarzen Löcher eine ganze Zeit leben, denn ihre Masse von 100 Millionen Sonnenmassen entspricht nur 0,1% der Masse, die normale Galaxien in sich vereinen können.

Den Grund für diese Annahme liefern die Seyfert Galaxien. Bei ihnen handelt es sich um starke Radiogalaxien mit einem sehr hellen Kernbereich. Auch bei ihnen vermutet man ein Schwarze Löcher als Zentrum, welche die ungeheuren Turbulenzen im Kernbereich, mit Bewegungen bis zu 5000 km/s hervorruft, was 1/40 der Lichtgeschwindigkeit entspricht. Man glaubt eine Regelmässigkeit in der Abstufung von Galaxie-Kernregionen erkannt zu haben. Sie verläuft von normalen Galaxien, über Radio- und Seyfert-Galaxien und LB Lac-Objekten hin zu Quasaren.

Ein zweiter Aspekt der Quasarbeobachtung ist der, dass Quasare einen Blick in die fernste Vergangenheit des Universums gestattet. Das Licht, was wir heute sehen, war ja Milliarden Jahre unterwegs, wurde ausgesandt, als das Weltall nur 20% seiner heutigen Ausdehnung besass und eben viele Milliarden Jahre jünger war.

Die hier geschilderten Annahmen zu den Eigenschaften der Quasare und zur Entwicklung des Weltalls sind weitgehend ungesichert, wie Entdeckungen der letzten Zeit zeigen. 1995 entdeckte man auf einem Bild des Hubble Weltraumteleskops eine Galaxie und einen Quasar. Der Quasar (kleiner weißer Punkt im unteren Bild) macht nicht den Eindruck einer dicht gepackten Galaxie, sondern bewegte sich um die Galaxie herum wobei ein dichter Materiestrom zwischen beiden Objekten zu sehen ist.

Bislang gibt es keine einleuchtende Erklärung für dieses Bild, das die bisherige Theorie der Quasare verwirrt. Eine zweite verblüffende Meldung erhielten die Astronomen im April 1999. Das Hubble Weltraumteleskop entdeckte die bisher am weitesten entfernte Galaxie. Diese befindet sich in etwa 14mrd Lichtjahren Entfernung und ihre Fluchtgeschwindigkeit beträgt noch immer etwa Lichtgeschwindigkeit. Sie wiederspricht mit dieser Geschwindigkeit einmal der Theorie, dass sich das Weltall irgendwann wieder zusammenziehen könnte. Zudem muss es bereits auf der Hälfe der Zeit zwischen dem BigBang und dem Heute, relativ kompakte Galaxien gegeben haben die bisher nicht zu Quasaren wurden.

Beide Ereignisse zeigen, dass die Theorie der Quasare und damit die des Universums noch im Fluss ist. Sie wird zusammen mit der Entstehungstheorie des Weltalls noch mehrfach umgearbeitet werden müssen ... wozu auch die neuen Denkansätze zu den Eigenschaften eines Vakuums und der Veränderbarkeit von Konstanten herausfordern.