Das seltene Quasar-Quartett ist das erste seiner Art, das jemals gesehen wurde

Ein riesiger Nebel im frühen Universum trifft den Jackpot, wenn es um seltene, helle Objekte geht, die als Quasare bekannt sind. Vier dieser Objekte befinden sich in erstaunlicher Nähe zueinander. Das erste bekannte Quasarquartett liegt in einer Wolke aus kühlem Gas, die auf die ungewöhnliche Nähe der Objekte hinweisen könnte.

"Multiple-Quasar-Systeme sind selten, weil Quasare selbst selten sind", sagte Joseph Hennawi vom Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland per E-Mail an ProfoundSpace.org.

"Die typische Entfernung zwischen zwei Quasaren beträgt etwa 100 Millionen Lichtjahre, während wir innerhalb von 700.000 Lichtjahren vier Quasare gefunden haben", sagte er. "Die Wahrscheinlichkeit, dass dies geschieht, ist extrem gering - ungefähr 1 zu 10 Millionen." [Die seltsamsten Dinge im Raum]

Vierfach-Quasar

Das Zentrum jeder Galaxie besitzt ein millionenfaches supermassives Schwarzes Loch, das der Sonnenmasse entspricht. Material, das um den Rand des Schwarzen Lochs wirbelt, bewegt sich nahe der Lichtgeschwindigkeit und gibt eine enorme Menge an Energie ab, bevor es verbraucht wird. Wenn das Angebot groß genug ist, tritt es in die Quasarphase seiner Entwicklung ein und überstrahlt seine Muttergalaxie weit, um eines der hellsten Objekte im Universum zu werden.

Aber das Leben von Quasaren ist extrem kurz; Laut Hennawi scheint ein Quasar zwischen 10 Millionen und 100 Millionen Jahren in der 10-Milliarden-jährigen Lebenszeit einer Galaxie. Dies macht die Objekte extrem selten und schwer zu finden. Vier so nahe beieinander zu entdecken kam wie ein Schock.

Hennawi und seine Kollegen studierten 29 Quasare auf der Suche nach einem Nebel aus kühlem Wasserstoffgas, bekannt als Lyman-╬▒ (Lyman-Alpha) -Nebel, der sie umgibt. Das helle Licht eines Quasars kann das Gas um ihn herum beleuchten und Astronomen dabei helfen, die Eigenschaften des Gases besser zu verstehen.

Bei der Auswahl eines möglichen Kandidaten trainierte das Team ein Keck-Teleskop in Hawaii auf dem Objekt und fand einen der größten und hellsten Lyman-╬▒-Nebel, die bisher entdeckt wurden. In der Gaswolke identifizierten die Forscher nicht nur ein, sondern vier dicht gepackte Quasare, die alle überraschend dicht beieinander lagen.

Fast 500.000 Quasare wurden bisher identifiziert, aber Wissenschaftler wissen nur von etwa hundert binären Quasaren. Seit 2007 wurden zwei Tripel-Quasar-Systeme gefunden. Dies ist jedoch das erste bekannte Vierfach-Quasar-System.

Die Forschung wird heute (14. Mai) in der Zeitschrift Science online veröffentlicht.

Den "Jackpot-Nebel" schlagen

Während es möglich war, dass die Forscher einfach Glück hatten - tatsächlich nannten sie die kühle, dichte Gaswolke den "Jackpot-Nebel" -, sagte Hennawi, dass es wahrscheinlicher ist, dass die Entdeckung mehr darüber offenbart, wie sich Quasare bilden könnten.

"Die Hauptbedeutung des Vierfach-Quasar-Systems ist die extrem geringe Wahrscheinlichkeit, dass eine Entdeckung wie diese nach unserem derzeitigen Verständnis der Häufigkeit von Quasaren zufällig auftritt", sagte Hennawi.

"Wir müssen also entweder schlussfolgern, dass wir wirklich Glück gehabt haben - 1 von 10 Millionen [Wahrscheinlichkeiten] - oder dass Quasar-Aktivität in bestimmten Umgebungen viel wahrscheinlicher ist. Das wiederum könnte ein wichtiger Teil des Puzzlespiels für das Verständnis sein Was macht eine Galaxie als Quasar aus? "

Der Nebel, der die vier Quasare beheimatet, sitzt in einem Protocluster, einem Vorläufer eines Galaxienhaufens, wie es sie heute gibt. Das Licht brauchte heute etwa 10 Milliarden Jahre, um Wissenschaftler zu erreichen, und sie sehen den Protocluster, wie er im frühen Universum existierte (das nur etwa 13,7 Milliarden Jahre alt ist).

Der Protocluster selbst ist etwas ungewöhnlich und enthält bis zu 20 mal mehr Galaxien als andere bereits dichte Objekte desselben Typs. Es enthält auch einen riesigen Nebel aus kühlem Gas, von dem Hennawi sagte, dass er nicht mit den aktuellen Theorien darüber übereinstimmt, wie sich Protocluster bilden sollten. Diese ungewöhnlichen Wolken, die in anderen Protoclustern gesehen wurden, können etwas mit der Bildung des Vierfach-Quasar-Systems zu tun haben.

Das Quartett selbst ist eines der wenigen Quasar-Systeme in einem Protocluster; eine Handvoll seltener Quasare und mindestens eine bekannte typische Quasare finden sich auch in Protoclustern und sind fast immer mit Lyman-╬▒-Gaswolken assoziiert.

"Wir spekulieren, dass die Wahrscheinlichkeit einer Quasar-Aktivität in diesem Objekt aufgrund der massiven Menge an kühlem, dichtem Gas, die mit der Anreicherung der Quasare zusammenhängt, stark erhöht sein könnte", sagte Hennawi.

Obwohl der Quadruple Quasar in einer dichten Gruppe von Galaxien sitzt, sagt Hennawi, dass es keine Anzeichen dafür gibt, dass Multi-Quasar-Systeme in extremen Umgebungen gefunden wurden. Die Umgebungen dieser Systeme wurden jedoch nicht so gut charakterisiert. Von der Handvoll Riesennebel, die um Quasare gefunden wurden, sind mehrere mit Multiple-Quasar-Systemen verwandt.

"Wir waren auf der Suche nach riesigen Nebeln, die mit riesigen Mengen kühlen Gases in Verbindung gebracht wurden, und stolperten dann grundsätzlich über diesen vierfachen Quasar", sagte Hennawi. "Da die Entdeckung eines Vierfach-Quasars so unwahrscheinlich ist, schlussfolgern wir, dass riesige Nebel aus kühlem Gas, Protoclustern und Quasar-Aktivität irgendwie miteinander verbunden sind."

Er sagte, dass der nächste Schritt darin besteht, mehr von diesen riesigen Emissionswolken zu finden, indem man sie nach einzelnen Quasaren sucht, was die neuen Ergebnisse leichter als bisher angenommen erscheinen lassen.

"Ein wichtiges Ergebnis unserer Studie ist, dass wir gezeigt haben, dass etwa 10 Prozent aller hellen Quasare im fernen Universum diese riesigen Nebel um sich herum haben", sagte Hennawi.

"Wenn wir ausgehen und eine Probe von 10 bis 20 riesigen Nebeln finden, können wir bestimmen, wie oft sie mit mehreren Quasaren in Verbindung gebracht werden [und] wie oft sie Protocluster verfolgen, und [wir können] auch andere Eigenschaften untersuchen."