Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops von J1148+5251. Bildnachweis: NASA/ESA/M. Mechtley, R. Windhorst, Arizona State University
Quasare waren die besten und am leichtesten zu beobachtenden Leuchtfeuer für Astronomen, um das ferne Universum zu erkunden, und einer der am weitesten entfernten und hellsten Quasare sorgt für eine kleine Überraschung. Astronomen, die eine entfernte Galaxie mit der Bezeichnung J1148+5251 untersuchen, die einen hellen Quasar enthält, sehen nur den Quasar und nicht die Wirtsgalaxie selbst. Es wird angenommen, dass sich der Quasar jedes Jahr von einer Handvoll Sterne ernährt hat, um in nur wenigen hundert Millionen Jahren seine Größe von drei Milliarden Sonnenmassen zu erreichen. Aber wo sind all die Sterne?
Wahrscheinlich ist der Quasar nicht in einen Fressrausch verfallen und hat alles in Sichtweite gefressen! Aber es könnte heimlich fressen. Nahinfrarotaufnahmen mit der Wide Field Camera 3 des Hubble-Weltraumteleskops geben nur Hinweise auf das, was passieren könnte: Die Galaxie ist so von Staub umhüllt, dass kein Sternenlicht zu sehen ist; nur der helle, schmetternde Quasar scheint durch. Wie viele Sterne dieser Quasar frisst, ist jetzt ungewiss, da das Gemetzel verdeckt stattfindet.
Während die meisten frühen Galaxien kaum Staub enthalten – das frühe Universum war staubfrei, bis die erste Generation von Sternen anfing, durch Kernfusion Staub zu produzieren – zeigten frühere Submillimeter-Beobachtungen, dass diese Galaxie große Mengen an Staub birgt, so dass auch dies ein Rätsel ist .
Wie konnte das alles passieren?
Die künstlerische Darstellung eines der am weitesten entfernten, ältesten und hellsten Quasare, die je gesehen wurden, ist hinter Staub verborgen. Der Staub verdeckt auch den Blick auf die darunterliegende Sternengalaxie, in die der Quasar vermutlich eingebettet ist. (Quelle: NASA/ESA/G.Bacon, STScI)
„Wenn Sie die Sterne mit Staub verdecken wollen, müssen Sie viele kurzlebige massereiche Sterne früher herstellen, die am Ende ihrer Lebensdauer ihre Masse verlieren. Sie müssen dies sehr schnell tun, damit Supernovae und andere stellare Massenverlustkanäle die Umgebung sehr schnell mit Staub füllen können“, sagte Rogier Windhorst von der Arizona State University (ASU), Tempe, Arizona.
„Man muss sie auch in der gesamten Galaxie bilden, um den Staub in der gesamten Galaxie zu verteilen“, fügte Matt Mechtley, ebenfalls von ASU, hinzu.
Dieser Quasar wurde erstmals im Sloan Digital Sky Survey (SDSS) identifiziert und die nachfolgenden Submillimeter-Beobachtungen zeigten signifikanten Staub, aber nicht, wie und wo er verteilt war.
Windhorst und sein Team verwendeten Hubble, um sehr sorgfältig Licht aus dem Quasarbild zu subtrahieren und nach dem Leuchten der umgebenden Sterne zu suchen. Dazu betrachteten sie das Leuchten eines Referenzsterns am Himmel in der Nähe des Quasars und verwendeten ihn als Vorlage, um das Quasarlicht aus dem Bild zu entfernen. Nachdem der Quasar entfernt wurde, wurde kein signifikantes darunterliegendes Sternenlicht entdeckt. Die Sterne der darunter liegenden Galaxie hätten leicht entdeckt werden können, wenn sie vorhanden und zumindest an einigen Stellen relativ nicht von Staub bedeckt gewesen wären.
„Es ist bemerkenswert, dass Hubble nichts von der darunter liegenden Galaxie gefunden hat“, sagte Windhorst. „Die darunterliegende Galaxie ist überall viel lichtschwächer als erwartet und muss sich daher überall in einer sehr staubigen Umgebung befinden. Es ist einer der heftigsten Waldbrände im Universum. Es erzeugt so viel Rauch, dass Sie nirgendwo Sternenlicht sehen. Der Waldbrand ist komplett, kein Baum bleibt verschont.“
Da wir die Sterne nicht sehen, können wir ausschließen, dass die Galaxie, die diesen Quasar beherbergt, eine normale Galaxie ist“, sagte Mechtley. „Sie gehört zu den staubigsten Galaxien im Universum, und der Staub ist so weit verteilt, dass nicht einmal ein einziger Sternhaufen durchschaut. Wir sind einer plausiblen Entdeckung sehr nahe, in dem Sinne, dass wir, wenn wir um einen Faktor zwei tiefer gegangen wären, selbst in einer so staubigen Galaxie möglicherweise etwas Licht von seinen jungen Sternen entdeckt hätten.“
Dieses Ergebnis wurde in der Ausgabe der Astrophysical Journal Letters vom 10. September in der Mannschaftspapier.
Der einzige Weg, diesem Mysterium auf den Grund zu gehen, sei, so Windhorst, zu warten, bis das James Webb-Weltraumteleskop startet und online geht.
„Das Webb-Teleskop wurde entwickelt, um dies endgültig zu erkennen“, sagte er. „Wir werden solide Nachweise der Sterne mit Webbs besserer Empfindlichkeit für längere Wellenlängen des Lichts erhalten, was die staubigen Regionen in diesen jungen Galaxien besser untersuchen wird.“
Das Webb-Teleskop wird auch die Infrarotempfindlichkeit haben, um bis 200 Millionen Jahre nach dem Urknall zurückzublicken. Wenn Galaxien in dieser frühen Epoche mit der Bildung von Sternen begannen, wurde Webb entwickelt und gebaut, um sie zu entdecken.
Nur dann wird die wahre Natur – und das potenzielle Gemetzel – dieses Systems enthüllt.
Lesen Sie das Papier des Teams.
Quelle: NASA