ALMA entdeckt den Schatten eines molekularen Ausflusses eines Quasars, als das Universum weniger als 1 Milliarde Jahre alt war

Theoretische Vorhersagen wurden durch die Entdeckung eines Ausflusses molekularen Gases aus einem Quasar bestätigt, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war.

Ein Quasar ist eine kompakte Region, die von einem supermassiven Schwarzen Loch angetrieben wird und sich im Zentrum einer massereichen Galaxie befindet. Sie sind extrem leuchtend, haben ein punktförmiges Aussehen, ähnlich wie Sterne, und sind extrem weit von der Erde entfernt. Aufgrund ihrer Entfernung und Helligkeit ermöglichen sie einen Einblick in die Bedingungen des frühen Universums, als es weniger als 1 Milliarde Jahre alt war.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Assistenzprofessor Dragan Salak von der Universität Hokkaido, Assistenzprofessor Takuya Hashimoto von der Universität Tsukuba und Professor Akio Inoue von der Waseda-Universität hat den ersten Beweis für die Unterdrückung der Sternentstehung durch einen Ausfluss von molekularem Gas entdeckt eine Quasar-Wirtsgalaxie im frühen Universum. Ihre Ergebnisse, die auf Beobachtungen basieren, die sie mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile gemacht haben, wurden in veröffentlicht Das Astrophysikalische Journal.

Molekulares Gas ist für die Entstehung von Sternen von entscheidender Bedeutung. Als primärer Treibstoff für die Sternentstehung würden die Allgegenwart und die hohen Konzentrationen von molekularem Gas in einer Galaxie zur Bildung einer großen Anzahl von Sternen führen. Indem sie dieses Gas schneller in den intergalaktischen Raum ausstoßen, als es durch die Sternentstehung verbraucht werden könnte, unterdrücken molekulare Ausflüsse wirksam die Sternentstehung in Galaxien, die Quasare beherbergen.

„Theoretische Arbeiten legen nahe, dass molekulare Gasausströme bereits in jungen Jahren eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von Galaxien spielen, da sie die Sternentstehung regulieren können“, erklärt Salak. „Quasare sind besonders energiereiche Quellen, daher haben wir erwartet, dass sie möglicherweise starke Ausflüsse erzeugen können.“

Der von den Forschern beobachtete Quasar J2054-0005 weist eine sehr hohe Rotverschiebung auf – er und die Erde entfernen sich offenbar sehr schnell voneinander.

„J2054-0005 ist einer der hellsten Quasare im fernen Universum, daher haben wir beschlossen, dieses Objekt als hervorragenden Kandidaten für die Untersuchung starker Ausflüsse ins Visier zu nehmen“, sagt Hashimoto.

Mit ALMA beobachteten die Forscher den Austritt von molekularem Gas aus dem Quasar. Als einziges Teleskop der Welt, das über die nötige Empfindlichkeit und Frequenzabdeckung verfügt, um Ausströme molekularer Gase im frühen Universum zu erkennen, war ALMA der Schlüssel zu dieser Studie.

Über die in der Studie verwendete Methode sagte Salak: „Das ausströmende molekulare (OH) Gas wurde durch Absorption entdeckt. Das bedeutet, dass wir keine Mikrowellenstrahlung beobachtet haben, die direkt von den OH-Molekülen ausgeht; stattdessen haben wir die Strahlung beobachtet, die vom hellen Quasar kommt.“ – und Absorption bedeutet, dass OH-Moleküle zufällig einen Teil der Strahlung des Quasars absorbieren. Es war also, als würde man die Anwesenheit eines Gases erkennen, indem man den „Schatten“ sah, den es vor die Lichtquelle warf.“

Die Ergebnisse dieser Studie sind der erste starke Beweis dafür, dass starke molekulare Gasausflüsse aus Galaxien, die Quasare beherbergen, existieren und die Galaxienentwicklung im frühen kosmischen Zeitalter beeinflussen.

„Molekulares Gas ist ein sehr wichtiger Bestandteil von Galaxien, da es der Treibstoff für die Sternentstehung ist“, schließt Salak. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass Quasare in der Lage sind, die Sternentstehung in ihren Wirtsgalaxien zu unterdrücken, indem sie molekulares Gas in den intergalaktischen Raum ausstoßen.“