Quasar

Künstlerische Darstellung eines Quasars

Ein Quasar ist der Kern einer aktiven Galaxie, die im sichtbaren Bereich des Lichtes nahezu punktförmig (wie ein Stern) erscheint und ungeheure Energiemengen in anderen Wellenlängenbereichen ausstrahlt. Auf Grund ihrer großen Leuchtkraft handelt es sich bei weit entfernten kosmischen Objekten meist um Quasare. Der Name Quasar leitet sich von engl. quasi-stellar object (quasistellares Objekt) bzw. quasi-stellar radio source (quasistellare Radioquelle) ab.

Entdeckung und Namensgebung

Fotografische Aufnahme des Quasars APM08279+5225 (Rotverschiebung z=3.911)

Historisch bezeichnete der Begriff kosmische Radioquellen, die in den 1950er Jahren nicht als Radiogalaxien identifiziert werden konnten, sondern in optischen Beobachtungen blau und „sternförmig“ (also nicht flächig) erschienen. 1963 stellte Maarten Schmidt fest, dass die Radioquelle 3C 273 kein naher Stern ist, sondern mit einer Rotverschiebung von 0,158 im Bereich ferner Galaxien liegt, also nur quasi sternartig ist. Spätere Beobachtungen zeigten, dass die hellen sternartigen Quasare doch in die Kerne von Galaxien eingebettet sind, die aber wegen der großen Entfernung schwach erscheinen. Durch die starke Rotverschiebung aufgrund der Expansion des Universums wurden Quasare als sehr weit entfernte Objekte erkannt. Diese Folgerung konnte seit der Entdeckung von Gravitationslinsen unabhängig bestätigt werden. Quasare wurden inzwischen bis zu einer Rotverschiebung von 7,1 entdeckt.

Mit der im Jahr 2010 gemachten Entdeckung, dass der 1,6 Mrd Lichtjahre entfernte Quasar SDSS J0013+1523 als Gravitationslinse für eine 5,9 Mrd Lichtjahre dahinter liegende Galaxie wirkt, ergibt sich eine direkte Möglichkeit zur Massenbestimmung eines Quasars.^[1][2]

Die Bezeichnung QSO für quasi-stellar object schließt nicht nur die klassischen radiolauten Quasare ein, sondern auch radioleise Objekte mit schwacher Radioemission aber sonst ähnlichen Eigenschaften. Häufig wird aber der Begriff Quasar etwas ungenau für beide Klassen benutzt.

Physikalische Eigenschaften

Ein Quasar (Falschfarben)

Da Quasare trotz ihrer großen Entfernung relativ hell erscheinen, gehören sie zu den leuchtkräftigsten Objekten im Universum. Nur sehr kurzzeitig hell aufleuchtende Phänomene (Supernova, Gammastrahlenblitz) sind möglicherweise energiereicher. Quasare sind über weite Bereiche der elektromagnetischen Strahlung hell und haben charakteristische Spektren mit sehr breiten Emissionslinien, die in rascher Bewegung befindliches Gas anzeigen.

Quasare gehören wie die schwächeren Seyfertgalaxien zur Klasse der aktiven Galaxien. Die Trennung anhand der Leuchtkraft ist rein historisch bedingt. Nach heutiger Annahme befindet sich im Zentrum aller Galaxien mit einem Bulge ein sehr massereiches Schwarzes Loch, das mehrere Millionen bis Milliarden Sonnenmassen umfassen kann. Aktive Galaxien unterscheiden sich von normalen Galaxien dadurch, dass dieses Schwarze Loch mit der Zeit an Masse zunimmt, da Materie aus der umgebenden Galaxie (Interstellares Gas oder zerrissene Sterne) durch die Gravitation des Schwarzen Loches angezogen wird. Dieser Vorgang des Ansammelns von Materie wird in der Astronomie Akkretion genannt. Aufgrund der Drehimpulserhaltung bei der einfallenden Materie kann diese nicht direkt in das Schwarze Loch fallen, so dass sich um es herum eine Akkretionsscheibe bildet. Durch Reibung heizt sich diese Scheibe auf, wobei gleichzeitig Teile der Materie Drehimpuls verlieren und so in das Schwarze Loch fallen können. Die Emission der aufgeheizten Akkretionsscheibe ist das, was man als typische Strahlung des Quasars beobachtet. Sie kann eine Leuchtkraft ähnlich der von vielen Milliarden Sternen erreichen und somit mehr Licht abstrahlen als die gesamte umgebende Wirtsgalaxie. Die leuchtkräftigsten Quasare erreichen bis über 10¹⁴ Sonnenleuchtkräfte.

Sofern die Akkretionsscheibe über ein starkes Magnetfeld verfügt, wird ein kleiner Anteil des Materiestromes in zwei Teile gerissen und in Bahnen entlang der Feldlinien des Magnetfeldes gezwungen. Anschließend werden beide Ströme senkrecht zur Ebene der Akkretionsscheibe (einer auf jeder Seite) mit relativistischer Geschwindigkeit in die umgebende Galaxie und den weiteren Weltraum abgestoßen. Diese sogenannten „Jets“ können dann im Radiowellenlängenbereich beobachtet werden. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang Quasare in „radio-laute“ und „radio-leise“ Klassen, je nach Stärke der Radiostrahlung. Allerdings hat sich herausgestellt, dass es vermutlich keine wirklichen Klassen, sondern einen kontinuierlichen Übergang innerhalb der Radioeigenschaften gibt.

Blasar

→ Hauptartikel: Blasar

Den Typus des optically violent variable quasar / OVV quasar, Quasare mit besonders raschen und starken Helligkeitsvariationen, rechnet man zusammen mit den BL-Lac-Objekten, ein sehr hell, sternähnlich erscheinendes Objekt, das aus einem sehr massiven schwarzen Loch besteht, welches durch die zum Absturz gebrachte Materie polarisierte Strahlung mit starker Helligkeitsvariation emittiert, zur Gruppe der sogenannten Blasare. Bei ihnen geht man von einem Winkel zwischen Beobachtungsrichtung und Jetachse von höchstens wenigen Grad aus. Durch relativistische Effekte können bei diesen Objekten die fast mit Lichtgeschwindigkeit auf uns zulaufenden Jets auch in den höchstenergetischen Bereichen des Spektrums „gesehen“ werden. Durch das extrem schnelle Abströmen der Materiejets kommt es im Kernbereich mancher Quasare zu einem Unterdruck, relativistische Inversion genannt. Das unregelmäßige Akkretieren neuer Materie verstärkt die Variabilität. Mit den Experimenten EGRET (GeV-Bereich) und COMPTEL (MeV-Bereich) auf dem Compton Gamma Ray Observatory wurden zehn Objekte gefunden, die in beiden Bereichen des Spektrums leuchten. Eine ähnliche Verknüpfung wie zwischen Quasaren und Blasaren wird zwischen Quasaren und Radiogalaxien vermutet, bei denen die Jetachse fast senkrecht zur Beobachtungsachse liegt. Diese Beziehungen sind Beispiele „vereinheitlichter“ Modelle, in denen verschiedene Arten aktiver Galaxienkerne durch unterschiedliche Beobachtungsrichtungen auf gleichartige Objekte erklärt werden.

Einzelnachweise

1. ↑ ASTROnews: Ein Quasar als Gravitationslinse, 26. Juli 2010
2. ↑ Courbin et. al., Discovery of an Unusual Gravitational Lens (engl.)

Literatur

• Joseph S. Miller: Astrophysics of active galaxies and quasi-stellar objects. University Science Books, Mill Valley, Calif 1985, ISBN 0-935702-21-0.
• J. Chris Blades: QSO absorption lines – probing the universe. Cambridge University Press, Cambridge 1988, ISBN 0-521-34561-8.
• Geoffrey Burbidge, Margaret Burbidge: Quasi-stellar objects. Freeman, San Francisco 1967.

Weblinks

 Commons: Quasar – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Was ist ein Quasar? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri
• Was ist ein Blazar? aus der Fernseh-Sendereihe alpha-Centauri
• Quasare bei Welt der Physik
• VizieR-Katalog

Normdaten: SWD in der DNB: 4136468-5