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Quasare: Dienen Quasare als neue Standardkerzen?

Ein Quasar als kosmische StandardkerzeLaden...

Die Vermessung des Universums ist eine schwierige Angelegenheit – schließlich kann man nicht einfach ein Lineal auspacken, um herauszufinden, wie weit ein Himmelskörper entfernt ist. Die einzige Information, die uns üblicherweise über sie zur Verfügung steht, ist ihre elektromagnetische Strahlung. Kennt man aber die absolute Helligkeit eines solchen Objekts, so lässt sich anhand seiner scheinbaren Helligkeit, also dem Licht, das auch tatsächlich die Erde erreicht, auf seine Entfernung schließen. Das Problem liegt auf der Hand: Was, wenn die absolute Helligkeit nicht bekannt ist?

Ein Quasar als kosmische StandardkerzeLaden...
Ein Quasar als kosmische Standardkerze | Quasare zählen sowohl zu den hellsten als auch zu den ältesten Objekten am Himmel. Ein Quasar ist ein aktiver galaktischer Kern, in dem Materie einer Galaxie in ein extrem massereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum stürzt. Dabei wird eine extrem große Menge an Energie freigesetzt, die anschließend als elektromagnetische Strahlung abgegeben wird.Mit einer neuen Methode könnten Quasare in Zukunft auch als Standardkerzen benutzt werden: Sie könnten somit helfen, große Entfernungen im Universum zu vermessen.
Astronomen müssen in diesem Fall auf so genannte Standardkerzen zurückgreifen. Das sind Objekte, deren absolute Helligkeit immer gleich bleibt und bekannt ist und die sich so für astronomische Distanzmessungen eignen. Ein Beispiel für eine Standardkerze ist eine Supernova vom Typ Ia, deren Explosion immer gleich verläuft und die weit gehend immer die gleiche Menge an elektromagnetischer Strahlung emittiert.

Für die Vermessung extrem großer Distanzen im Universum benötigt man die hellsten Quellen, heller noch als die Supernovae. Eigentlich würden sich in diesem Fall Quasare anbieten. Quasare sind weit entfernte aktive galaktische Kerne. Hier stürzt die Materie einer Galaxie in das extrem massereiche Schwarze Loch in ihrem Zentrum. Die Strahlung, die bei diesem Vorgang freigesetzt wird, leuchtet teilweise 1000-mal heller als die Sterne unseres Milchstraßensystems zusammen. Allerdings ist die Intensität dieser Strahlung nicht bei allen Quasaren gleich. Sie variiert von Quasar zu Quasar, somit ist diese Art von Himmelskörper nicht als kosmische Standardkerze geeignet.

Der Astronom De-Chang Dai hat nun allerdings eine Methode entdeckt, mit der sich Quasare trotzdem für Entfernungsmessungen nutzen lassen könnten. Seine Ergebnisse beschreiben er und Kollegen in einem Artikel, der in der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" erschienen ist.

Die Entfernung zu sehr weit entfernten Objekten wird über ihre Rotverschiebung erfasst. Da sich im expandierenden Universum der Raum selbst ausdehnt, wird auch das Licht eines fernen Objekts auf seinem Weg durch diesen Raum gedehnt. Es erfährt somit eine Verschiebung ins Rötliche, da seine Wellenlänge zunimmt. Je weiter das Objekt entfernt ist, desto größer ist die Rotverschiebung seiner Strahlung.

Dai analysierte die Lichtkurven von 13 Quasaren, die über einen Zeitraum von mehreren Jahren im Rahmen des Massive Compact Halo Objects aufgenommen worden waren und die sich hinter den Magellanschen Wolken befinden. Dabei fiel ihm ein bisher unentdecktes Muster in den Lichtkurven im optischen Bereich auf: Die Menge an Licht, welche die Quasare in diesem Teil des Spektrums aussandten, nahm regelmäßig zu und wieder ab. Da die Rotverschiebung dieser Quasare schon bekannt war, ließen sich die Lichtkurven der Quasare miteinander vergleichen. Das Ergebnis: Dieses wiederkehrende Signal war für alle betrachteten Quasare gleich, egal, wie unterschiedlich sie auch sonst sein mochten oder wie viel Licht sie überhaupt emittierten. Anhand dieser Information ließ sich anschließend die Rotverschiebung von weiteren Quasaren berechnen, indem ihre Lichtkurven mit denjenigen der 13 Quasare verglichen wurden.

Erste Berechnungen mit dieser Methode lieferten Ergebnisse für Rotverschiebungen, die sehr gut mit schon etablierten Messungen übereinstimmen. Natürlich müsse man die Stichprobe von nur 13 Quasaren vergrößern und weitere Messungen vornehmen, so die Autoren. Darüber hinaus ist vollkommen unklar, warum ein Teil des Lichts von Quasaren periodische Schwankungen aufweist. Sollte sich der Effekt aber bei weiteren Messungen bestätigen, könnten Quasare in Zukunft als Standardkerzen dienen und so die Vermessung eines weit entfernten und längst vergangenen Universums vorantreiben.

38. KW 2012

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 38. KW 2012

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