Mit dem Atacama Large Millimeter Array (ALMA) gelang einem Team um den Astronomen Minghao Yue von der University of Arizona die Bestätigung eines außergewöhnlichen Doppelsystems: Anstatt zweier Sterne handelt es sich um zwei eng beieinanderliegende Quasare, die extrem leuchtstarken Kerne von aktiven Galaxien. Letztere sind im Begriff, miteinander zu verschmelzen, und stammen aus einer Zeit, als das Universum nur etwas mehr als eine Milliarde Jahre alt war.

Das System mit der Bezeichnung J2037-4537 wurde bereits im Jahr 2021 identifiziert und befindet sich im südlichen Sternbild Indianer bei einer kosmologischen Rotverschiebung von z = 5,7. Doch zum Zeitpunkt der Entdeckung war zunächst unklar, ob es sich bei dem Paar tatsächlich um zwei getrennte Objekte handelt oder um eine einzelne, durch eine Gravitationslinse doppelt abgebildete Quelle. Da Quasare in dieser frühen kosmischen Epoche extrem selten sind – ihre größte Häufigkeit beobachtet man zur Zeit des »cosmic noon« um z = 4 –, bedurfte es einer eindeutigen Bestätigung.

In den ALMA-Daten konnte das Team eine ausgedehnte Infrarotemission im interstellaren Medium zwischen den beiden Objekten nachweisen. Aufgrund der hohen Rotverschiebung wird das emittierte Licht in die Millimeter- und Submillimeterwellen verschoben, bei denen ALMA arbeitet. Dabei zeigte sich eine Gezeitenbrücke zwischen den beiden Wirtsgalaxien, typisch für eine beginnende Verschmelzung. Bei dieser wird Materie – also Gas, Staub und Sterne – durch die Gezeitenkräfte aus den beteiligten Galaxien herausgerissen, die sich dann zwischen ihnen verteilt. Weniger als 30 000 Lichtjahre trennen die beiden Quasare voneinander. Die für eine Gravitationslinse typischen bogenförmigen Strukturen fehlen hingegen.

Die Beobachtungen erlauben auch eine genauere Charakterisierung der Wirtsgalaxien: Das Team schätzt eine Komponente auf mindestens 22 Milliarden Sonnenmassen, während ihre Partnergalaxie auf rund 46 Milliarden Sonnenmassen kommt. Beide sind damit zwar deutlich masseärmer und zudem auch kompakter als unsere Milchstraße, für diese frühe Epoche des Universums jedoch weit entwickelt. Dafür sprechen auch ihre hohen Sternentstehungsraten von mehr als 500 Sonnenmassen pro Jahr – ein Vielfaches dessen, was sich in unserer Galaxis im selben Zeitraum an Sternen bildet.

Die Gruppe geht davon aus, dass die beiden zentralen Schwarzen Löcher, mit rund 280 und 400 Millionen Sonnenmassen, innerhalb der nächsten zwei Milliarden Jahre ein gravitativ gebundenes Doppelsystem bilden werden.

Mit der Bestätigung der Doppelnatur von J2037-4537 stellte das Team zudem fest, dass der Anteil derartiger Paare unter den Quasaren bei höheren Rotverschiebungen mit mindestens 1,2 Prozent deutlich höher liegt als zur Zeit des »cosmic noon«, wo dieser lediglich bei etwa 0,1 Prozent liegt. Damit könnten sie sogar auch eine relevante Quelle für den kosmischen Gravitationswellenhintergrund darstellen.