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Standardkerzen: Aktive Galaxienkerne als kosmische Entfernungsmesser

Quasar
Die Distanz zu kosmischen Objekten zu bestimmen, ist keine leichte Aufgabe. Nur wenn ihre tatsächliche Helligkeit bekannt ist, lässt sich durch die beobachtete Helligkeit auf ihre Entfernung schließen. Bestimmte Sterne und Sternexplosionen eignen sich als solche Entfernungsmesser – allerdings mit begrenzter Reichweite. Als viel versprechende Kandidaten für noch tiefere Einblicke ins All gelten wegen der enormen Leuchtkraft bereits seit langem aktive Galaxienkerne. Ein Team um Darach Watson von der Universität Kopenhagen in Dänemark zeigt jetzt, dass sich diese leuchtstarken Objekte in der Tat für die kosmische Metrologie eignen.

Quasar | Inmitten von massereichen Galaxien können sich wachsende Schwarze Löcher befinden. Sie sammeln Gas und Staub um sich an, das sich aufheizt und leuchtet.
Die Forscher untersuchten Galaxien mit einem supermassereichen Schwarzen Loch in ihrem Zentrum, auf das Gas und Staub einfällt. Die Materie rotiert hier um den Schlund, wird dabei aufgeheizt und emittiert energiereiche Strahlung. Diese trifft auf benachbarte Gaswolken und ionisiert die Atome darin, wodurch das Gas – etwas verzögert – ebenfalls in charakteristischer Weise zu leuchten beginnt. Die Emissionen aus beiden Regionen erfassten Watson und seine Kollegen nun in 38 aktiven galaktischen Kernen.

Es war bereits bekannt, dass die Ausdehnung der zum Leuchten angeregten Gaswolken von der Leuchtkraft der Materie im Zentrum der Galaxie abhängt. Ändert sich zudem die Helligkeit direkt um das Schwarze Loch, zeigt sich dies verspätet auch in den weiter außen liegenden Gaswolken. Aus diesen Verzögerungen konnten die Wissenschaftler um Watson nun zunächst auf den Radius der leuchtenden Gaswolken und so schließlich auf die tatsächliche Helligkeit des Galaxienkerns schließen.

Die untersuchten aktiven galaktischen Kerne sind teilweise mehr als neun Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt, berichten die Forscher. Somit könne man das Expansionsverhalten des Universums nun noch weiter zurückverfolgen und beispielsweise alternative Gravitationstheorien überprüfen. Bereits heute lassen sich aktive galaktische Kerne beobachten, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten. Mit bisherigen Methoden lassen sich die Distanzen von Objekten nur exakt bestimmen, wenn diese näher als sechs Milliarden Lichtjahre an der Erde liegen.

Bisher nutzen Astronomen als Standardkerzen unter anderem veränderliche Sterne, deren tatsächliche Helligkeit von ihrer Pulsdauer abhängt, oder Supernovae vom Typ Ia, die allesamt eine ähnliche Leuchtkraft besitzen. Mithilfe solcher Maßstäbe fanden Wissenschaftler etwa heraus, dass das Universum beschleunigt expandiert. Für die Kosmologie sind verlässliche Entfernungsmesser deshalb von großem Interesse. (mp)

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