Quasare: Leuchttürme des fernen Kosmos

Ein Universum, das von seinen gewalttätigsten Kernen erleuchtet wird

Entdeckung und Kraft von Quasaren

DERQuasare(Für "quasi-stellare Radioquelle") gehören zu den leuchtendsten und energiereichsten Objekten im bekannten Universum. Entdeckt in den frühen 1960er Jahren vonMaarten Schmidt(1929-2022) emittieren sie Strahlung, die mit dem Licht Hunderter ganzer Galaxien mithalten kann. Ihre Kraft kommt vonAkkretionvon Material auf asupermassereiches Schwarzes Lochliegt im Zentrum von aaktive Galaxie.

Physikalische Natur eines Quasars

Ein Quasar ist weder ein einfaches Schwarzes Loch noch eine Galaxie. Dabei handelt es sich um einen Zustand galaktischer Kernaktivität, nicht um eine Art isoliertes Objekt. Der Quasar bezeichnet das Phänomen extremer Aktivität, das im Zentrum bestimmter Galaxien beobachtet wird, und nicht das materielle Objekt selbst.

Physischer Abschluss

Das Schwarze Loch ist der Energiemotor, der Quasar das von diesem Motor erzeugte beobachtbare Phänomen und die Muttergalaxie das Gravitationsgerüst, das das gesamte System enthält.

Helligkeit und Energie

Die Gesamtleuchtkraft eines Quasars kann \(L \ungefähr 10^{40}\ \mathrm{W} \) erreichen, also etwa das \(10^{13}\)-fache der Leuchtkraft der Sonne. Diese Energie kann nur aus einem effizienten Gravitationsmechanismus stammen. Die Umwandlung von Masse in Energie folgt der relativistischen Gleichung \(\,E = \eta m c^2\,\), wobei \(\eta\) die Umwandlungseffizienz darstellt, die in einer relativistischen Akkretionsscheibe oft zwischen 0,1 und 0,4 liegt.

Hinweis: :
Aaktive Galaxiehat einen extrem leuchtenden Kern, der von der angetrieben wirdAkkretionGas auf asupermassereiches Schwarzes Loch. Diese Energie in der Größenordnung von \(10^{39}\) bis \(10^{41}\ \mathrm{W}\), beschrieben durch \(\,E = \eta m c^2\,\) mit \(\eta \ approx 0{,}1\), ergibtAGNdie stärksten Quellen im beobachtbaren Universum.

Extreme Distanzen und eine starke Rotverschiebung

Quasare befinden sich in beträchtlichen kosmologischen Entfernungen, manchmal mehr als 12 Milliarden Lichtjahre. Ihr Spektrum präsentiert eine starkeRotverschiebung(\(z > 6\)), Dies zeugt von einer Emission, die stattfand, als das Universum nur einen Bruchteil seines heutigen Alters hatte.

Diese Messungen ermöglichen es Astrophysikern, die Epoche zu untersuchenkosmische Reionisierung, das heißt der Übergang des Universums zwischen einem neutralen und ionisierten Zustand. Durch die Beleuchtung der intergalaktischen Umgebung sind Quasare echte zeitliche Marker für die Entstehung kosmischer Strukturen.

Rotverschiebungs- und Quasarentfernungen

Rotverschiebungs- und Quasarentfernungen

Rotverschiebungs- und Quasarentfernungen

Akkretionsphysik und relativistische Jets

Um das zentrale Schwarze Loch herum bildet Materie eine schnell rotierende Scheibe. Interne Reibungskräfte wandeln potentielle Gravitationsenergie in elektromagnetische Strahlung um.

Intensive Magnetfelder kanalisieren einen Teil der Energie in Form vonrelativistische Jets, ist in der Lage, Teilchen mit Geschwindigkeiten nahe \(c\), der Lichtgeschwindigkeit, anzutreiben. Diese Jets werden insbesondere vom Radioteleskop beobachtetVLBA, stellen eine wichtige Signatur von Active Galaxy Nuclei (AGN) dar.

Quasare und galaktische Entwicklung

Beobachtungen deuten darauf hin, dass die meisten massereichen Galaxien in ihrem Zentrum ein supermassereiches Schwarzes Loch beherbergen. Quasare stellen eine Übergangsphase dieser galaktischen Entwicklung dar: Wenn ein Gaseinstrom eine schnelle Akkretion auslöst, wird der Kern blendend. Sobald das Materiereservoir erschöpft ist, stabilisiert sich die Galaxie und der Quasar stirbt aus.

Die beobachtete Korrelation zwischen der Masse des Schwarzen Lochs (\(M_{\mathrm{BH}}\)) und der des galaktischen Bulges (\(M_{\mathrm{bulge}}\)) schlägt eine Koevolution vor, die durch energetische Rückkopplungsprozesse gesteuert wird: \( M_{\mathrm{BH}} \propto M_{\mathrm{bulge}}^{1.1} \)

Vergleichstabelle: Quasare und andere aktive Kerne

Quelle :NASA ADS Astrophysics Data System, Europäische Südsternwarte (ESO).