Die Erfolgsaussichten ließen einen Vegas-Buchmacher aufhorchen und aufmerksam werden. Bei einer Wahrscheinlichkeit von 1 zu 10 Millionen haben Astronomen, die den Himmel beobachten, eine Gruppe von vier dicht gedrängten Quasaren in einem der entferntesten Teile des Universums gefunden. Die seltene Gruppierung könnte ein entstehender Galaxienhaufen sein, und seine ungewöhnlich kalte Gaswiege könnte zu einem Umdenken bei der Modellierung des frühen Universums führen.
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Quasare gehören zu den hellsten bekannten Objekten - laut NASA gibt jedes Objekt mehr Energie ab als 100 reife Galaxien zusammen. Quasare kommen jedoch nur in den entlegensten Gebieten des Universums vor und können mit bloßem Auge nicht gesehen werden. Aufgrund der Zeit, die Licht für die Reise in die Ferne benötigt, ist das Erkennen derart entfernter Objekte mit dem Sehen in die Vergangenheit vergleichbar. Astronomen glauben daher, Quasare seien die Keime junger Galaxien, die von Gasen angetrieben werden, die in die supermassiven Schwarzen Löcher in ihren Kernen fallen. Wenn Materie nach innen fällt und sich der Lichtgeschwindigkeit nähert, sendet sie Strahlung aus, die wir mit Teleskopen aufnehmen können.
Die Quasarphase dauert nicht lange, nur etwa ein Tausendstel der Lebensdauer einer Galaxie. Danach lässt die Helligkeit nach, wenn der Zufluss von Materie nachlässt, sagt Studienleiter Joseph Hennawi, Astrophysiker am Max-Planck-Institut in Deutschland. Zwei Quasare nahe beieinander zu sehen, während sie noch hell sind, ist ein Zufall. Sein Team war sich nicht sicher, was sie finden würden, als sie mit dem WM Keck Observatorium in Hawaii Quasare vermessen wollten. Zu ihrer Überraschung lokalisierten sie schnell vier von ihnen in unmittelbarer Nähe, kosmisch gesprochen. Das Quartett ist in einem Bereich von weniger als 600.000 Lichtjahren zusammengekauert, der sich etwa 10 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet.
"Die Autoren haben das herausgefunden, indem sie die Umgebung von nur 29 hellen Quasaren untersucht haben", sagt Michele Trenti, Dozent an der School of Physics der University of Melbourne. "Auf den ersten Blick scheint es, als würde man mit einer Handvoll Tickets im Lotto gewinnen."
Das ist nicht alles, was an diesem Quasar-Quartett seltsam war. Der Vierer wurde in einer Wolke aus kaltem, dunklem Gas gefunden, und die Beobachtungen des Teams legen nahe, dass ähnliche Wolken etwa 10 Prozent der zehntausenden bekannten Quasare umgeben. Das ist seltsam, denn nach aktuellen Theorien sollten Quasare in solchen Gruppen von heißem Plasma oder ionisiertem Gas mit einer Temperatur von etwa 10 Millionen Grad umgeben sein.
„Das bedeutet, dass die Modelle einige physikalische Prozesse nicht erfassen“, sagt Hennawi, dessen Team diese Woche in Science über die Entdeckung berichtet.
Dieses Keck-Teleskopbild zeigt den Raum, den das seltene Quasarquartett einnimmt, wobei jeder Quasar durch Pfeile gekennzeichnet ist. Die Quasare sind in einen riesigen Nebel aus kühlem, dichtem Gas eingebettet, der hier als blauer Dunst sichtbar ist. (Hennawi & Arrigoni-Battaia, MPIA) Also, was ist los? Das Gebiet, das die Astronomen beobachteten, hat viel mehr Galaxien als andere Regionen, was darauf hindeutet, dass das Quasarquartett die frühen Stadien einer Galaxienhaufenbildung darstellen könnte. Galaxienhaufen gehören zu den größten Objekten im Universum und messen Hunderte von Millionen von Lichtjahren. Die Milchstraße zum Beispiel ist Teil eines Clusters von 54 Galaxien, der so genannten Lokalen Gruppe, die einen Durchmesser von etwa 10 Millionen Lichtjahren hat.
Wenn wir herausfinden, wie sich diese ungewöhnlichen Quasar-Gruppierungen gebildet haben, können wir besser verstehen, wie das Universum gewachsen ist und sich entwickelt hat - vergleichbar mit der Verfolgung des Wachstums eines Fötus in einem Erwachsenen, damit wir verstehen, wie eine Population Gestalt annimmt. Hennawi zufolge könnte es hilfreich sein, an den Computersimulationen zu basteln, mit denen Wissenschaftler Modelle des frühen Universums testen. Ein Problem ist jedoch, dass die Simulationen einen weiten Bereich von Skalen abdecken müssen, von Hunderten von Millionen von Lichtjahren bis zu einigen Tausend. "Das ist viel Dynamik", sagt Hennawi. Quasare sind relativ kleine Objekte, die jeweils etwa die Größe unseres Sonnensystems haben. Daher kann es für ein Modell schwierig sein, zu zeigen, wie sie in das Gesamtbild passen.
Zum Beispiel ist es möglich, dass viele nahe beieinander liegende Protogalaxien in der Region kollidierten und Gas ausspuckten, wodurch die riesige quasargefüllte Wolke entstand. Aber das erklärt die Gastemperatur immer noch nicht sehr gut. Glücklicherweise ist dies wahrscheinlich nicht das einzige Quartett dieser Art im Universum, und das Aufspüren anderer wird Astronomen dabei helfen, herauszufinden, wie sie sich bilden. „Nachdem wir diese Art von Nebel gefunden haben, wissen wir, wie wir sie sehen können“, sagt Hennawi.
