Quasar

Ein Quasar ist der Kern einer aktiven Galaxie, die im sichtbaren Bereich des Lichtes nahezu punktförmig (wie ein Stern) erscheint und sehr große Energiemengen in anderen Wellenlängenbereichen ausstrahlt. Er besteht aus einem Schwarzen Loch umgeben von einer Scheibe leuchtender Materie. Der Name Quasar leitet sich von englisch quasi-stellar object (‚quasistellares Objekt‘) bzw. quasi-stellar radio source (‚quasistellare Radioquelle‘) ab.

Entdeckung und Namensgebung

Historisch bezeichnete der Begriff kosmische Radioquellen, die in den 1950er Jahren nicht als Radiogalaxien identifiziert werden konnten, sondern in optischen Beobachtungen blau und „sternförmig“ (also nicht flächig) erschienen. 1963 stellte Maarten Schmidt fest, dass die Radioquelle 3C 273 kein naher Stern ist, sondern mit einer Rotverschiebung von 0,158 im Bereich ferner Galaxien liegt, also nur quasi sternartig ist. Spätere Beobachtungen zeigten, dass die hellen sternartigen Quasare doch in die Kerne von Galaxien eingebettet sind, die aber wegen der großen Entfernung schwach erscheinen. Durch die starke Rotverschiebung aufgrund der Expansion des Universums wurden Quasare als sehr weit entfernte Objekte erkannt. Diese Folgerung konnte seit der Entdeckung von Gravitationslinsen unabhängig bestätigt werden. Quasare wurden inzwischen bis zu einer Rotverschiebung von 7,1 entdeckt.

Mit der im Jahr 2010 gemachten Entdeckung, dass der 1,6 Mrd. Lichtjahre entfernte Quasar SDSS J0013+1523 als Gravitationslinse für eine 5,9 Mrd. Lichtjahre dahinter liegende Galaxie wirkt, ergibt sich eine direkte Möglichkeit zur Massenbestimmung eines Quasars.<ref>ASTROnews: Ein Quasar als Gravitationslinse, 26. Juli 2010</ref><ref>Courbin et al., Discovery of an Unusual Gravitational Lens (engl.)</ref>

Die Bezeichnung QSO für quasi-stellar object schließt nicht nur die klassischen radiolauten Quasare ein, sondern auch radioleise Objekte mit schwacher Radioemission, aber sonst ähnlichen Eigenschaften. Häufig wird aber der Begriff Quasar etwas ungenau für beide Klassen benutzt.

Physikalische Eigenschaften

Da Quasare trotz ihrer großen Entfernung relativ hell erscheinen, gehören sie zu den leuchtkräftigsten Objekten im Universum. Nur sehr kurzzeitig hell aufleuchtende Phänomene (Supernova, Gammastrahlenblitz) sind möglicherweise energiereicher. Quasare sind über weite Bereiche der elektromagnetischen Strahlung hell und haben charakteristische Spektren mit sehr breiten Emissionslinien, die in rascher Bewegung befindliches Gas anzeigen.

Quasare gehören wie die schwächeren Seyfertgalaxien zur Klasse der aktiven Galaxien. Die Trennung anhand der Leuchtkraft ist rein historisch bedingt. Nach heutiger Annahme befindet sich im Zentrum aller Galaxien mit einem Bulge ein sehr massereiches Schwarzes Loch, das mehrere Millionen bis Milliarden Sonnenmassen umfassen kann. Aktive Galaxien unterscheiden sich von normalen Galaxien dadurch, dass dieses Schwarze Loch mit der Zeit an Masse zunimmt, da Materie aus der umgebenden Galaxie (interstellares Gas oder zerrissene Sterne) durch die Gravitation des Schwarzen Loches angezogen wird. Dieser Vorgang des Ansammelns von Materie wird in der Astronomie Akkretion genannt. Aufgrund der Drehimpulserhaltung bei der einfallenden Materie kann diese nicht direkt in das Schwarze Loch fallen, so dass sich um es herum eine Akkretionsscheibe bildet. Durch Reibung heizt sich diese Scheibe auf, wobei gleichzeitig Teile der Materie Drehimpuls verlieren und so in das Schwarze Loch fallen können. Die Emission der aufgeheizten Akkretionsscheibe ist das, was man als typische Strahlung des Quasars beobachtet. Sie kann eine Leuchtkraft ähnlich der von vielen Milliarden Sternen erreichen und somit mehr Licht abstrahlen als die gesamte umgebende Wirtsgalaxie. Die leuchtkräftigsten Quasare erreichen bis über 10¹⁴-fache Sonnenleuchtkraft.

Sofern die Akkretionsscheibe über ein starkes Magnetfeld verfügt, wird ein kleiner Anteil des Materiestromes in zwei Teile gerissen und in Bahnen entlang der Feldlinien des Magnetfeldes gezwungen. Anschließend werden beide Ströme senkrecht zur Ebene der Akkretionsscheibe (einer auf jeder Seite) mit relativistischer Geschwindigkeit in die umgebende Galaxie und den weiteren Weltraum abgestoßen. Diese Jets können im Radiowellenlängenbereich beobachtet werden.

Vereinheitlichtes Modell zur Klassifikation der Quasare

Yue Shen und Luis C. Ho fanden ein Modell zur vereinheitlichten Beschreibung vielfältiger Quasar-Erscheinungsformen. Quasare strahlen unterschiedlich viel Strahlung ab, die in völlig verschiedenen Spektrallinien auftritt. Auch bei nahezu gleich massereichen Quasaren findet man im Spektrum völlig verschiedene Emissionslinien. Als vereinheitlichende Parameter schlugen Shen und Ho vor, zu untersuchen, wie viel und wie schnell Materie in das Schwarze Loch fällt – sowie von welcher Blickrichtung man den Quasar beobachtet – und seine Emissionslinien erhält. Bedeutsam ist dabei die Orientierung der Rotationsachse des Schwarzen Lochs, die Lage der Akkretionsscheibe relativ zur Blickrichtung von der Erde. Dank der 1926 von Eddington beschriebenen Masse-Leuchtkraft-Beziehung, dem Verhältnis der Menge einfallender Materie zur abgestrahlten Energie des Quasars lässt sich die Masse des Materie verschlingenden Objekts abschätzen und die Masse des Quasars ermitteln.<ref>Yue Shen, Luis C. Ho: The diversity of quasars unified by accretion and orientation. In: Nature. Band 513, 11 September 2014, S. 210–213, doi:10.1038/nature13712.</ref><ref>Harald Zaun: Geheimnisvolle gigantische Leuchtfeuer aus kosmischer Urzeit. Auf: heise.de vom 13. September 2014, zuletzt abgerufen am 2. März 2015.</ref>

Blazar

Den Typus des optically violent variable quasar / OVV quasar, Quasare mit besonders raschen und starken Helligkeitsvariationen, rechnet man zusammen mit den BL-Lac-Objekten, sehr hell, sternähnlich erscheinende Objekte, die aus einem sehr massiven schwarzen Loch bestehen, welches durch die zum Absturz gebrachte Materie polarisierte Strahlung mit starker Helligkeitsvariation emittiert, zur Gruppe der sogenannten Blazare. Bei ihnen geht man von einem Winkel zwischen Beobachtungsrichtung und Jetachse von höchstens wenigen Grad aus. Durch relativistische Effekte können bei diesen Objekten die fast mit Lichtgeschwindigkeit auf uns zulaufenden Jets auch in den höchstenergetischen Bereichen des Spektrums „gesehen“ werden. Durch das extrem schnelle Abströmen der Materiejets kommt es im Kernbereich mancher Quasare zu einem Unterdruck, relativistische Inversion genannt. Das unregelmäßige Akkretieren neuer Materie verstärkt die Variabilität. Mit den Experimenten EGRET (GeV-Bereich) und COMPTEL (MeV-Bereich) auf dem Compton Gamma Ray Observatory wurden zehn Objekte gefunden, die in beiden Bereichen des Spektrums leuchten. Eine ähnliche Verknüpfung wie zwischen Quasaren und Blazaren wird zwischen Quasaren und Radiogalaxien vermutet, bei denen die Jetachse fast senkrecht zur Beobachtungsachse liegt. Diese Beziehungen sind Beispiele „vereinheitlichter“ Modelle, in denen verschiedene Arten aktiver Galaxienkerne durch unterschiedliche Beobachtungsrichtungen auf gleichartige Objekte erklärt werden.

Besondere Entdeckungen

• 1998 wurde der besonders lichtstarke Quasar APM 08279+5255 entdeckt. Er erzeugt atypische Dreifachbilder, enthält eines der größten Schwarzen Löcher und wird von einer sehr großen Menge Wasser umkreist.
• 2013 entdeckten Astronomen den Quasar SDSS J010013.02+280225.8 (verkürzt SDSS J0100+2802) aus dem Katalog des Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Er ist etwa 12 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und enthält ein extrem massereiches Schwarzes Loch von 12,9 Milliarden Sonnenmassen aus einer Zeit, als das Universum weniger als 900 Millionen Jahre alt war. Diese Entdeckungen ermöglichen Einblicke in das Wachstum von Schwarzen Löchern und Galaxien im jungen Universum.<ref>Xue-Bing Wu, F. Wang, X. Fan, W. Yi, W. Zuo, Fuyan Bian et al.: An ultraluminous quasar with a twelve-billion-solar-mass black hole at redshift 6.30. In: Nature. Band 518, Nr. 7540, 26. Februar 2015, S. 512-5, doi:10.1038/nature14241, PMID 25719667.</ref><ref>Bram Venemans: Schwarze Löcher: Ein Riese im jungen Universum. Auf: spektrum.de- News vom 25. Februar 2015.</ref><ref>Davide Castelvecchi: Young black hole had monstrous growth spurt: Super-massive object found in early Universe tests theories of cosmic evolution. Auf: nature.com -news vom 25 Februar 2015.</ref>

Siehe auch

• Astronomische Objekte

Literatur

• Joseph S. Miller: Astrophysics of active galaxies and quasi-stellar objects. University Science Books, Mill Valley CAL 1985, ISBN 0-935702-21-0.
• Volker Beckmann, Chris R. Shrader: Active Galactic Nuclei (= Physics textbook). Wiley-VCH, Weinheim 2012, ISBN 978-3-527-41078-1.
• J. Chris Blades: QSO absorption lines – probing the universe. Cambridge University Press, Cambridge 1988, ISBN 0-521-34561-8.
• Geoffrey Burbidge, Margaret Burbidge: Quasi-stellar objects. Freeman, San Francisco 1967.

Weblinks

• Robert Antonucci: Kein Verständnis für Quasare Deutsche Übersetzung aus spektrum.de, 13. März 2013 (Originaltitel: Quasars still defy explanation. Nature 495, S. 165–167, 2013.)
• Was ist ein Quasar? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 12. Mär. 2000.
• Was ist ein Blazar? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri (ca. 15 Minuten). Erstmals ausgestrahlt am 26. Apr. 2006.
• Rainer Kayser: Quasare: Wohin verschwinden die Gaswolken? Welt der Physik, 5. Oktober 2012
• VizieR-Katalog

Einzelnachweise

<references />