Quelle: NASA Science / Missions / IXPE, 05. August 2026

Wissenschaftler, die NASAs IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) nutzen, führten zwischen März und April 2025 über 140 Stunden Beobachtungen des Magnetars 1E 1547-5408 durch. Die Beobachtungen wurden zusammen mit NASAs NICER (Neutron Star Interior Composition Explorer) und Murriyang, CSIROs Parkes-Radioteleskop, das der australischen nationalen Wissenschaftsagentur gehört und von ihr betrieben wird, durchgeführt. Dies war die allererste koordinierte Messung der Radio- und Röntgenpolarisation eines Magnetars. 1E 1547-5408, der sich alle 2 Sekunden einmal vollständig dreht, ist ein einzigartiger Magnetar, der konstant helle Radioenergie und Röntgenlicht aussendet. Die Gründe versucht die Wissenschaft noch zu verstehen.

Beobachtungen zeigten, dass die Polarisation, also die Ausrichtung und das Maß der Ausrichtung der eintreffenden Photonen, fast dreimal so stark ist wie bei ähnlichen Quellen. Dieses hohe Maß an Polarisation war überraschend, da die Geometrie der Magnetar-Magnetfelder darauf hindeutet, dass die Messungen, die wir sehen, an bestimmten Punkten des Sterns nahe null liegen sollten. Standardmodelle der Oberflächenemission erklären diesen hohen Wert ebenfalls nicht, was darauf hindeutet, dass ein anderer Effekt die Polarisation verstärken muss.

Hier kommt die Vakuumbirefringenz ins Spiel: Eine 90 Jahre alte Theorie im Bereich der Quanten-Elektrodynamik. Erstmals 1936 vorgeschlagen, besagt die Theorie, dass der leere Raum durch extreme Magnetfelder verändert werden kann, die weit höher sind als die, die Menschen auf der Erde erzeugen können. Unter solchen Bedingungen wirkt das Vakuum wie eine Linse oder ein Prisma, das Licht basierend auf seiner Ausbreitungsrichtung filtert und dadurch die Gesamtpolarisation verstärkt. Die Fähigkeit der IXPE-Mission, die Röntgenstrahlpolarisation zu messen, war entscheidend, um dies zu testen.

Simulationen, die vom Forschungsteam durchgeführt wurden, unterstützen die Möglichkeit, dass Vakuumbirefringenz das auffällige Signal verursacht. Hoa Dinh Thi, eine Postdoktorandin an der Rice University in Houston und Mitautorin der Veröffentlichung, die die Ergebnisse hervorhebt, sagte: „Unser Modell legt nahe, dass die Reproduktion der beobachteten Röntgen-Polarisationsergebnisse, während gleichzeitig die durch Radio-Beobachtungen gesetzten Einschränkungen erfüllt werden, die Existenz von Vakuumbirefringenz in der Umgebung des Neutronensterns erfordert. Dieser Befund zeigt, wie Neutronensterne es uns ermöglichen, die fundamentale Physik in Umgebungen zu testen, die in Laboren auf der Erde nicht nachgebildet werden können.“ Die großen Polarisationsmessungen des Magnetars stützen die theoretische Vorhersage stark und könnten das erste Mal sein, dass dieser Effekt direkt beobachtet wurde.

„Dieses Ergebnis zeigt wirklich die interdisziplinäre Stärke des Fachgebiets Astrophysik“, sagte Rachael Stewart, Doktorandin an der George Washington University und Hauptautorin der in Nature veröffentlichten Arbeit. „Die Informationen, die wir durch die Beobachtung dieses fernen Sternkerns gewonnen haben, geben uns auch Hinweise auf die Beschaffenheit des Gewebes der Realität, wie wir sie kennen, und ich finde das unglaublich.“

Weitere IXPE-Beobachtungen dieser Quelle und anderer Magnetare werden dieses Signal bestätigen und möglicherweise weitere exotische Effekte der Quanten-Elektrodynamik aufdecken.

Mehr über IXPE

Die IXPE-Mission, die weiterhin beispiellose Daten liefert und bahnbrechende Entdeckungen über Himmelskörper im gesamten Universum ermöglicht, ist eine gemeinsame Mission von NASA und der italienischen Weltraumagentur mit Partnern und wissenschaftlichen Mitarbeitern in 12 Ländern. Sie wird vom Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, geleitet. Das Unternehmen BAE Systems Inc., mit Hauptsitz in Falls Church, Virginia, verwaltet die Raumfahrtoperationen zusammen mit dem Laboratory for Atmospheric and Space Physics der University of Colorado in Boulder. Hier erfahren Sie mehr über die laufende Mission von IXPE: https://nasa.gov/ixpe

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• IXPE auf Falcon 9 (B1061.5)

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Quelle: ESA / Science & Exploration / Space Science / Euclid, 6. Juli 2026

Quasare stellen eine kurze Phase im Leben einer Galaxie dar, in der große Mengen an Materie spiralförmig in das zentrale supermassereiche Schwarze Loch hineinströmen und dabei enorme Energiemengen freisetzen. In dieser Phase leuchtet der Kern der Galaxie heller als alles andere im Universum und überstrahlt den Rest seiner Wirtsgalaxie oft um das Hundert- bis Tausendfache.

Seit Jahrzehnten suchen wir nach den allerersten Quasaren des Universums. Diese Objekte geben Aufschluss darüber, was in den frühesten Tagen des Kosmos geschah, darunter auch darüber, wie die ersten supermassiven Schwarzen Löcher und Galaxien entstanden sind. Allerdings sind Quasare aus dieser Zeit schwer zu finden. Sie sind selten, da noch wenige Galaxien Zeit hatten, groß genug zu werden, und ihr urzeitliches Licht ist sowohl schwach als auch leicht mit dem Licht von Sternen zu verwechseln, die näher bei uns liegen.

Euclid, der 2023 gestartet wurde, dringt tiefer in diesen rätselhaften Teil der frühen Kosmosgeschichte vor – mit spannenden Ergebnissen. Das Teleskop hat nun eine beispiellose Anzahl von 31 neuen Quasaren im frühen Universum entdeckt, die bis in eine Zeit zurückreichen, als der Kosmos gerade einmal 5 % seines heutigen Alters hatte.

„Diese frühen Quasare stammen aus den Anfängen des Universums“, sagt Daming Yang von der Universität Leiden in den Niederlanden, Hauptautor der Veröffentlichung über die Euclid-Entdeckung. „Indem wir sie finden und untersuchen, können wir besser verstehen, wie diese riesigen Systeme entstanden sind und so schnell gewachsen sind – eines der größten Rätsel der Astrophysik.“

Unter der Oberfläche des Eisbergs

Die frühesten Quasare, die wir bisher kannten, waren nur die Spitze des Eisbergs: die seltenen und hellen Ausreißer, die am einfachsten zu entdecken waren. Wir hatten einfach noch nicht genug Quasare aus den Anfängen des Universums gefunden, um sie als Gruppe angemessen untersuchen zu können. Die neue Entdeckung von Euclid ändert all das, denn sie erfasst nicht nur die hellen Ausreißer, sondern den Großteil der Population alter Quasare.

„Euclid ist ein echter Meilenstein“, fügt Daming hinzu. „Früher konnten wir nur eine Handvoll der allerhellsten uralten Quasare finden, aber mit Euclid können wir weitaus effizienter riesige Bereiche des Himmels absuchen, um auch viel schwächeres Licht zu erfassen. Es ist ein einzigartiges Werkzeug für die Quasar-Jagd.“

Die Entdeckung umfasst 12 neue Quasare mit einer „Rotverschiebung“ – einem Maß für Entfernung und Bewegung, das damit zusammenhängt, wie sich Licht durch unseren sich ausdehnenden Kosmos bewegt – von 7 oder mehr, was den ersten 770 Millionen Jahren des Universums entspricht.

Die beiden ältesten dieser Gruppe, EUCL J172902.75+641018.1 und EUCL J125308.55+705432.3, weisen Rotverschiebungen von 7,77 bzw. 7,69 auf und stellen damit einen neuen Rekord für die ältesten jemals entdeckten Quasare auf. Beide liegen etwas mehr als 13 Milliarden Lichtjahre entfernt und entstanden in den ersten 670 Millionen Jahren des Universums.

„Diese Entdeckung verdoppelt die Anzahl der uns bekannten Quasare, die so alt sind, mehr als“, sagt Antonio La Marca, ein ESA-Forschungsstipendiat im Euclid-Team. Die Entdeckung der ersten etwa zehn Quasare mit einer Rotverschiebung von 7 oder mehr dauerte mehr als ein Jahrzehnt – doch Euclid hat bereits in einem einzigen Jahr mehr als diese Anzahl entdeckt.

„Das Euclid-Team hat zum ersten Mal eine echte ‚Bestandsaufnahme‘ der Quasare aus der Frühzeit des Universums vorgenommen“, fügt Antonio hinzu. „Das ist ein großer Schritt hin zu einem grundlegenderen Verständnis dieser faszinierenden Objekte.“

Ein Meilenstein in der Geschichte des Universums

Der zweitälteste Quasar, den Daming und seine Kollegen entdeckt hatten, wurde kürzlich von Silvia Belladitta und ihren Mitarbeitern genauer untersucht. Diese Beobachtungen zeigten, dass der Quasar in einer staub- und gasreichen Galaxie eingebettet ist, in der gerade in rasendem Tempo neue Sterne entstehen – ein Hinweis darauf, wie die Wirtsgalaxie eines frühen supermassiven Schwarzen Lochs aussehen könnte.

Die Quasare gehen auf eine faszinierende Periode in der Geschichte des Universums zurück, die als „Epoche der Reionisation“ bekannt ist: eine Zeit, in der sich alles von einem kalten und dunklen Zustand (dem „dunklen Zeitalter“) zu einem heißen und „ionisierten“ Zustand (durch energiereiches Licht aufgespalten) wandelte. Diese Übergangsphase war eine entscheidende Epoche, die die Grundlage für alles schuf, was wir heute sehen.

„Uralte Quasare sind seltene Entdeckungen. Sie sind nicht nur an sich interessant, sondern auch Zeitmaschinen, die es uns ermöglichen, das frühe Universum zu erforschen und zu verstehen, wie die erste Generation von Galaxien entstanden ist“, sagt Valeria Pettorino, Projektwissenschaftlerin bei der ESA für Euclid.

„Die Fähigkeiten von Euclid sind unübertroffen. Das Teleskop vereint eine große Erfassungsfläche, große Tiefenschärfe, scharfe Bildgebung und eine einzigartige weltraumgestützte Infrarotsicht auf eine Weise, die es uns ermöglicht, seltene, extrem weit entfernte Objekte weitaus effizienter als bisher zu erkennen.

Und es ist nicht nur das Teleskop: Die Datenverarbeitung ist nur dank Tausender Wissenschaftler und Ingenieure des Euclid-Konsortiums möglich, die gemeinsam daran arbeiten, wissenschaftliche Entdeckungen zu liefern, indem sie riesige Datensätze durchforsten, um seltene, weit entfernte Quasare zu identifizieren, die wir mit bodengestützten Teleskopen weiter untersuchen können.“

Die 31 hier vorgestellten Quasare wurden in Daten des „Euclid Wide Survey“ entdeckt, der nach seiner Fertigstellung mehr als ein Drittel des gesamten Himmels abdecken wird. Euclid wird die Geheimnisse des dunklen Universums lüften; das Teleskop erforscht dessen Zusammensetzung, Geschichte und Entwicklung und kartiert dabei seine großräumige Struktur, wobei es Milliarden von Galaxien beobachtet – und dabei zahlreiche Quasare aufdeckt.

Hinweise für Redakteure

Der Artikel „Euclid: Entdeckung von 31 neuen Quasaren im Bereich 6,6 < z < 7,8“ von D. Yang et al. erscheint am 6. Juli 2026 in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“. DOI: 10.1051/0004-6361/202658883

Der Quasar mit der höchsten Rotverschiebung in dieser Arbeit trägt die Bezeichnung EUCL J172902.75+641018.1 (Rotverschiebung von 7,77), der Quasar mit der zweithöchsten Rotverschiebung die Bezeichnung EUCL J125308.55+705432.3 (Rotverschiebung von 7,69). Der bisherige Rekordhalter, der 2021 entdeckt wurde, weist eine Rotverschiebung von 7,64 auf.

Über Euclid

Euclid wurde im Juli 2023 gestartet und begann am 14. Februar 2024 mit seinen routinemäßigen wissenschaftlichen Beobachtungen. Im November 2023 und im Mai 2024 erhielt die Welt erste Einblicke in die Qualität der Euclid-Bilder, und im Oktober 2024 wurde der erste Ausschnitt seiner großartigen Karte des Universums veröffentlicht. Euclids erste Datenreihe, einschließlich einer Vorschau auf seine Deep Fields, wurde im März 2025 veröffentlicht. Weitere Informationen zu den Entdeckungen und Datenveröffentlichungen der Mission finden Sie unter: esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Euclid

Euclid ist eine europäische Mission, die von der ESA gebaut und betrieben wird, mit Beiträgen ihrer Mitgliedstaaten und der NASA. Das Euclid-Konsortium – bestehend aus mehr als 2000 Wissenschaftlern aus 300 Instituten in 15 europäischen Ländern, den USA, Kanada und Japan – ist für die Bereitstellung der wissenschaftlichen Instrumente und die wissenschaftliche Datenanalyse verantwortlich. Die ESA wählte Thales Alenia Space als Hauptauftragnehmer für den Bau des Satelliten und seines Servicemoduls aus, während Airbus Defence and Space mit der Entwicklung des Nutzlastmoduls, einschließlich des Teleskops, beauftragt wurde. Die NASA stellte die Detektoren des Nahinfrarot-Spektrometers und -Photometers (NISP) zur Verfügung. Euclid ist eine Mission der mittleren Klasse im Rahmen des „Cosmic Vision“-Programms der ESA.

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• Weltraumteleskop EUCLID

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Quelle: NASA / Science, 9. Dezember 2025

Astronomen haben eine Flut von Daten aus NASA-Satelliten und anderen Einrichtungen ausgewertet, um herauszufinden, was für einen außergewöhnlichen kosmischen Ausbruch verantwortlich war, der am 2. Juli entdeckt wurde.
Bei dem Ereignis handelte es sich um einen GRB (Gammastrahlenausbruch), die stärkste Klasse kosmischer Explosionen. Während die meisten GRBs nur eine Minute dauern, hielt dieser mehrere Tage an.
Die Forscher diskutieren eifrig über ihre Ergebnisse und sind sich einig, dass dieses beispiellose Ereignis wahrscheinlich eine neue Art von Sternexplosion ankündigt. Wissenschaftler sagen, die beste Erklärung für den Ausbruch sei, dass ein Schwarzes Loch einen Stern verschlungen habe, aber sie sind sich uneinig darüber, wie genau dies geschehen ist. Zu den spannenden Möglichkeiten gehören ein Schwarzes Loch mit einer Masse, die einige tausend Mal so groß ist wie die der Sonne, das einen Stern zerfetzt, der ihm zu nahe gekommen ist, oder ein viel kleineres Schwarzes Loch, das mit seinem stellaren Begleiter verschmilzt und diesen verschlingt.

„Die erste Welle von Gammastrahlen dauerte mindestens 7 Stunden, fast doppelt so lange wie der bisher längste beobachtete GRB, und wir haben weitere ungewöhnliche Eigenschaften festgestellt“, sagte Eliza Neights von der George Washington University in Washington und dem Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. „Dies ist zweifellos ein Ausbruch, wie wir ihn in den letzten 50 Jahren noch nie gesehen haben.“
Neights und andere Astronomen stellten ihre Ergebnisse im Oktober auf der Tagung der High Energy Astrophysics Division der American Astronomical Society in St. Louis, Missouri, vor. Eine Reihe von Artikeln zu diesem Ereignis wurde bereits veröffentlicht oder zur Veröffentlichung angenommen, weitere sind in Vorbereitung.

Außergewöhnlicher Ausbruch

GRBs werden durchschnittlich etwa einmal pro Tag entdeckt und können ohne Vorwarnung überall am Himmel auftreten. Es handelt sich um sehr weit entfernte Ereignisse, wobei das nächstgelegene bekannte Beispiel mehr als 100 Millionen Lichtjahre entfernt stattfand.
Die Rekorddauer des Ausbruchs im Juli, der den Namen GRB 250702B erhielt, macht ihn zu einem einzigartigen Ereignis. Von den rund 15.000 GRBs, die seit der ersten Entdeckung des Phänomens im Jahr 1973 beobachtet wurden, ist keiner so lang, und nur ein halbes Dutzend kommt ihm auch nur annähernd nahe. Da Gelegenheiten zur Untersuchung solcher Ereignisse so selten sind und sie neue Wege zur Entstehung von GRBs aufzeigen könnten, sind Astronomen von dem Ausbruch im Juli besonders begeistert.
Die meisten Ausbrüche dauern zwischen wenigen Millisekunden und einigen Minuten und entstehen bekanntermaßen auf zwei Arten: entweder durch die Verschmelzung zweier neutronischer Sterne von der Größe einer Stadt oder durch den Kollaps eines massereichen Sterns, sobald dessen Kern keinen Brennstoff mehr hat. Bei beiden Entstehungsarten entsteht ein neues Schwarzes Loch. Ein Teil der Materie, die in Richtung des Schwarzen Lochs fällt, wird in enge Teilchenstrahlen kanalisiert, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit austreten und dabei Gammastrahlen erzeugen. Aber keine dieser Arten von Ausbrüchen kann ohne Weiteres Jets erzeugen, die tagelang feuern können, weshalb 250702B ein einzigartiges Rätsel darstellt.

Beobachtung des Lichts

Der Gamma-ray Burst Monitor des Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskops der NASA entdeckte den Ausbruch und löste im Laufe von drei Stunden mehrere Male aus. Er wurde auch vom Burst Alert Telescope des Neil Gehrels Swift Observatory der NASA, dem russischen Konus-Instrument der Wind-Mission der NASA, dem Gamma-Ray and Neutron Spectrometer auf Psyche – einem Raumschiff der NASA, das derzeit auf dem Weg zum Asteroiden 16 Psyche ist – und dem japanischen Monitor of All-sky X-ray Image Instrument auf der Internationalen Raumstation entdeckt.

„Der Ausbruch dauerte so lange, dass kein Hochenergiemonitor im Weltraum in der Lage war, ihn vollständig zu beobachten“, sagte Eric Burns, Astrophysiker an der Louisiana State University in Baton Rouge und Mitglied des Teams von Neights, das das Gammastrahlenglühen des Ausbruchs untersucht. „Nur durch die kombinierte Leistung der Instrumente mehrerer Raumfahrzeuge konnten wir dieses Ereignis verstehen.“
Das Weitwinkel-Röntgenteleskop der chinesischen Einstein-Sonde hat den Ausbruch ebenfalls in Röntgenstrahlen erfasst und gezeigt, dass bereits am Vortag ein Signal vorhanden war. Die erste genaue Lokalisierung erfolgte am frühen Morgen des 3. Juli, als das Röntgenteleskop von Swift den Ausbruch im Sternbild Scutum in der Nähe der dichten, staubigen Ebene unserer Milchstraße abbildete. Angesichts dieses Ortes und der Röntgenstrahlendetektion am Vortag fragten sich die Astronomen, ob es sich bei diesem Ereignis um eine andere Art von Ausbruch aus unserer eigenen Galaxie handeln könnte.

Bilder von einigen der größten Teleskope der Welt, darunter die Teleskope der Keck- und Gemini-Observatorien auf Hawaii und das Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile, deuteten darauf hin, dass sich an dieser Stelle eine Galaxie befand, sodass sich die Astronomen an das Hubble-Weltraumteleskop der NASA wandten, um ein klareres Bild zu erhalten.
„Es handelt sich definitiv um eine Galaxie, was beweist, dass es sich um eine weit entfernte und gewaltige Explosion handelte, aber sie sieht seltsam aus“, sagte Andrew Levan, Professor für Astrophysik an der Radboud-Universität in den Niederlanden, der die VLT- und Hubble-Studie leitete. „Die Hubble-Daten könnten entweder zwei verschmelzende Galaxien zeigen oder eine Galaxie mit einem dunklen Staubband, das den Kern in zwei Teile teilt.“
Neuere Bilder, die mit dem NIRcam-Instrument des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA aufgenommen wurden, stützen Levans Interpretation nachdrücklich. „Die Auflösung von Webb ist unglaublich. Wir können so deutlich sehen, dass der Ausbruch durch diese Staubbahn hindurchleuchtete, die sich über die Galaxie erstreckt“, sagte Huei Sears, Postdoktorand an der Rutgers University in New Jersey, der die NIRcam-Beobachtungen leitete. „Es ist fantastisch, den GRB-Wirt so detailliert zu sehen.“
Ende August nutzte ein Team unter der Leitung von Benjamin Gompertz von der Universität Birmingham in Großbritannien das NIRSpec-Instrument von Webb und das VLT, um die Entfernung der Galaxie und andere Eigenschaften zu bestimmen. „Der Ausbruch war bemerkenswert stark und entfaltete eine Energie, die der von tausend Sonnen entspricht, die 10 Milliarden Jahre lang leuchten“, sagte Gompertz. „Erstaunlicherweise ist die Galaxie so weit entfernt, dass das Licht dieser Explosion vor etwa 8 Milliarden Jahren zu seiner Reise begann, lange bevor sich unsere Sonne und unser Sonnensystem überhaupt zu bilden begannen.“

Eine umfassende Untersuchung des Röntgenlichts nach dem Hauptburst stützte sich auf Beobachtungen von Swift, dem Chandra-Röntgenobservatorium der NASA und der NuSTAR-Mission (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) der Behörde. Die Daten von Swift und NuSTAR zeigten schnelle Flares, die bis zu zwei Tage nach der Entdeckung des Bursts auftraten.
„Die fortgesetzte Akkretion von Materie durch das Schwarze Loch trieb einen Ausfluss an, der diese Flares erzeugte, aber der Prozess dauerte viel länger, als es in Standard-GRB-Modellen möglich ist“, sagte Studienleiter Brendan O’Connor, McWilliams-Postdoktorand an der Carnegie Mellon University in Pittsburgh. „Die späten Röntgenflares zeigen uns, dass die Energiequelle der Explosion nicht abgeschaltet werden konnte, was bedeutet, dass das Schwarze Loch nach der ersten Eruption noch mindestens einige Tage lang weiter angetrieben wurde.“

Widersprüchliche Beweise

Die Daten von Fermi und Swift deuten auf einen typischen, wenn auch ungewöhnlich langen GRB hin. Spektroskopische Beobachtungen mit Webb ergaben keine Supernova-Explosion, die normalerweise auf einen GRB nach einem Sternkollaps folgt, obwohl diese möglicherweise durch Staub und Entfernung verdeckt wurde. Einstein Probe registrierte einen Tag vor dem Ausbruch Röntgenstrahlen, während NuSTAR bis zu zwei Tage danach Röntgenflares verfolgte, was beides für GRBs untypisch ist.
Darüber hinaus zeigt eine detaillierte Studie unter der Leitung von Jonathan Carney, einem Doktoranden an der University of North Carolina in Chapel Hill, dass sich die Wirtsgalaxie stark von den typischerweise kleinen Galaxien unterscheidet, in denen die meisten GRBs nach einem Sternenkollaps auftreten. „Diese Galaxie ist überraschend groß und hat mehr als doppelt so viel Masse wie unsere eigene Galaxie“, sagte er.
In beiden der am häufigsten diskutierten Szenarien wird das Schwarze Loch den Stern innerhalb von etwa einem Tag verschlungen haben.
Das erste Szenario geht von einem Schwarzen Loch mittlerer Masse aus, das einige Tausend Sonnenmassen und einen Ereignishorizont – den Punkt, an dem es kein Zurück mehr gibt – hat, der um ein Vielfaches größer ist als die Erde. Ein Stern wandert zu nahe heran, wird durch die Gravitationskräfte entlang seiner Umlaufbahn gedehnt und schnell vom Schwarzen Loch verschlungen. Dies beschreibt, was Astronomen als Gezeitenzerreißungsereignis bezeichnen, das jedoch durch ein selten beobachtetes „mittelschweres” Schwarzes Loch verursacht wird, dessen Masse viel größer ist als die von Sternen, die durch einen Sternenkollaps entstanden sind, und viel kleiner als die von Giganten, die sich im Zentrum großer Galaxien befinden.

Das Gammastrahlenteam bevorzugt ein anderes Szenario, denn wenn dieser Ausbruch wie andere ist, muss die Masse des Schwarzen Lochs eher der unserer Sonne ähneln. Ihr Modell sieht ein Schwarzes Loch vor, das etwa dreimal so massereich ist wie die Sonne – mit einem Ereignishorizont von nur 18 Kilometern Durchmesser –, das einen Begleitstern umkreist und mit ihm verschmilzt. Der Stern hat eine ähnliche Masse wie das Schwarze Loch, ist aber viel kleiner als die Sonne. Das liegt daran, dass seine Wasserstoffatmosphäre größtenteils abgetragen wurde, bis auf seinen dichten Heliumkern, wodurch ein Objekt entstanden ist, das Astronomen als Heliumstern bezeichnen.
In beiden Fällen fließt Materie aus dem Stern zunächst zum Schwarzen Loch und sammelt sich in einer riesigen Scheibe, von der aus das Gas schließlich in das Schwarze Loch stürzt. An einem bestimmten Punkt dieses Prozesses beginnt das System, hell im Röntgenlicht zu leuchten. Dann, während das Schwarze Loch die Materie des Sterns schnell verschlingt, schießen Gammastrahlen nach außen.
Bemerkenswert ist, dass das Modell der Heliumsternverschmelzung eine einzigartige Vorhersage trifft. Sobald das Schwarze Loch vollständig in den Hauptkörper des Sterns eingetaucht ist und ihn von innen auffrisst, explodiert die freigesetzte Energie den Stern und treibt eine Supernova an.
Leider ereignete sich diese Explosion hinter enormen Staubmengen, sodass selbst die Leistungsfähigkeit des Webb-Teleskops nicht ausreichte, um die erwartete Supernova zu sehen. Während eindeutige Beweise für die Erklärung der Ereignisse vom 2. Juli noch auf zukünftige Ereignisse warten müssen, hat 250702B bereits neue Erkenntnisse über die längsten GRBs geliefert, was zum großen Teil der ständigen kosmischen Überwachung durch die Observatorien und Instrumente der NASA im Rahmen der Bemühungen der Behörde zur Erforschung und zum Verständnis des Universums zu verdanken ist.
Die von Neights verfasste Arbeit über Gammastrahlen wurde von den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (Preprint) angenommen. Die Arbeit von Gompertz über NIRSpec (Preprint) wurde bei The Astrophysical Journal Letters eingereicht, das am 26. November die Arbeit von Carney, am 14. November die Arbeit von O’Connor über Röntgenstrahlen und im August die Arbeit von Levan veröffentlicht hat.
Die Fermi-Mission ist eine Partnerschaft im Bereich der Astrophysik und Teilchenphysik, die von der NASA Goddard geleitet und in Zusammenarbeit mit dem US-Energieministerium entwickelt wurde, mit wichtigen Beiträgen von akademischen Einrichtungen und Partnern in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den Vereinigten Staaten. Die Swift-Mission wird von Goddard in Zusammenarbeit mit der Penn State University, dem Los Alamos National Laboratory in New Mexico, Northrop Grumman Space Systems in Dulles, Virginia, und Partnern wie der University of Leicester und dem Mullard Space Science Laboratory im Vereinigten Königreich, dem Brera-Observatorium in Italien und der italienischen Weltraumagentur ASI geleitet.
Hubble ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA und wird von Goddard geleitet. Webb, das weltweit führende Weltraumobservatorium, ist eine gemeinsame Mission der NASA, der ESA und der kanadischen Weltraumagentur.
NuSTAR wird von Caltech geleitet und vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien verwaltet. Das Missionskontrollzentrum befindet sich an der University of California in Berkeley. NuSTAR wurde in Zusammenarbeit mit der Dänischen Technischen Universität und der Italienischen Weltraumagentur entwickelt.
Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville, Alabama, verwaltet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center des Smithsonian Astrophysical Observatory steuert die wissenschaftlichen Operationen von Cambridge, Massachusetts, aus und die Flugoperationen von Burlington, Massachusetts, aus.

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• Schwarze Löcher
• Gamma Ray Bursts (GRBs)

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Quelle: Universität Zürich 5. August 2024.

5. August 2024 – Der Ursprung supermassereicher Schwarzer Löcher in den Zentren von Galaxien ist eines der grössten Rätsel der Astronomie. Diese Objekte könnten entweder bereits früh im Universum mit grosser Masse entstanden sein oder im Laufe der Zeit durch das Ansammeln von Materie und durch die Verschmelzung mit anderen Schwarzen Löchern gewachsen sein. Wenn ein supermassereiches Schwarzes Loch ein anderes massereiches Schwarzes Loch verschlingt, entstehen Gravitationswellen, die sich als kleine Erschütterungen in der Raumzeit durch das Universum bewegen.

Detektion massereicher Schwarzer Löcher als Herausforderung
Vor knapp zehn Jahren gelang Astrophysikern zum ersten Mal der direkte Nachweis von Gravitationswellen, welcher der Astronomie ein neues Fenster ins Universum öffnete. Bisher konnten diese Gravitationswellen jedoch nur von relativ kleinen Schwarzen Löchern gemessen werden, die Überreste sterbender Sterne sind und somit das Endstadium schwerer Sterne darstellen. Das Erkennen der Signale von Paaren weitaus schwerer Schwarzer Löcher ist mit heutiger Technologie nicht möglich, da die Detektoren nicht empfindlich genug auf die extrem niedrigen Frequenzen dieser Gravitationswellen reagieren. Zukünftige Missionen wie die von der ESA geleitete LISA (Laser Interferometer Space Antenna) sollen dies ändern. Dennoch bleibt die Detektion der massereichsten Schwarzen Loch Paare eine grosse Herausforderung.

Hohe Frequenzen nutzen, um niedrigere Frequenzen zu messen
Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung ehemaliger Studenten der Universität Zürich schlägt eine neuartige Methode vor, um Paare der grössten Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien zu entdecken. Diese Methode nutzt die Analyse von Gravitationswellen kleiner nahegelegener Schwarzer Löcher, welche die Überreste sterbender Sterne sind. Diese neue Beobachtungstechnik erfordert einen Gravitationswellendetektor im Dezihertz-Bereich und könnte das Studium supermassereicher Schwarzer Löcher ermöglichen, die ansonsten unentdeckt bleiben würden.

«Unsere Idee funktioniert im Grunde wie das Hören eines Radiosenders. Wir schlagen vor, das Signal von Paaren kleiner Schwarzer Löcher ähnlich wie Radiowellen zu nutzen. Die supermassereichen Schwarzen Löcher verhalten sich dabei ähnlich wie die Radiomusik, die in Form einer Frequenzmodulation (FM) des empfangenen Signals übertragen wird», erklärt Jakob Stegmann, Hauptautor der Studie, die er als Gaststudent an der Universität Zürich begann und als Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Astrophysik fortführte. «Das Neue an dieser Idee ist, hohe Frequenzen zu nutzen, die leicht zu erkennen sind, um niedrigere Frequenzen zu messen, die unsere Instrumente eigentlich nicht detektieren können.»

Ein Leuchtfeuer zeigt grössere Schwarze Löcher an
Aktuelle Ergebnisse dieser pulsar timing arrays unterstützen bereits die Existenz von verschmelzenden supermassereichen Schwarzen Loch-Paaren. Diese Beweise sind jedoch indirekt und resultieren aus dem kollektiven Signal vieler entfernter Paare, die effektiv ein Hintergrundrauschen erzeugen.

Die vorgeschlagene Methode zur Detektion einzelner supermassereicher Schwarzer Loch-Paare nutzt die subtilen Veränderungen, die sie in den von einem Paar nahegelegener kleiner Schwarzer Löcher emittierten Gravitationswellen verursachen. Diese wirken somit als eine Art Leuchtfeuer, das die Existenz der grösseren Schwarzen Löcher anzeigen. Durch die Erkennung der winzigen Modulationen in den Signalen der kleinen Schwarzen Löcher könnten Wissenschaftler selbst über grosse Entfernungen hinweg bisher verborgene Paare supermassereicher Schwarzer Löcher mit Massen von 10 Millionen bis 100 Millionen Sonnenmassen identifizieren.

Lucio Mayer, Mitautor der Studie und Theoretiker für Schwarze Löcher an der Universität Zürich, fügt hinzu: «Da der Weg für LISA nun feststeht, nachdem die ESA die Mission im letzten Januar bestätigt hat, muss die wissenschaftliche Gemeinschaft die beste Strategie für die nächste Generation von Gravitationswellendetektoren ausloten, insbesondere in welchem Frequenzbereich man sich konzentrieren sollte. Studien wie diese liefern eine starke Motivation, ein Detektordesign im Dezihertz-Bereich zu priorisieren.»

Publikation:
Stegmann J.; Zwick L.; Vermeulen S. M.; Antonini F.; Mayer L. Imprints of massive black-hole binaries on neighbouring decihertz gravitational-wave sources. Nature Astronomy, 5 August 2024. doi:10.1038/s41550-024-02338-0 (2024).
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02338-0
pdf: https://www.nature.com/articles/s41550-024-02338-0.pdf

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• Gravitationswellen

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Quelle: Humboldt-Universität zu Berlin 27. Juni 2024.

27. Juni 2024 – Unter der Leitung von Prof. Dr. Jan Plefka vom Institut für Physik der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) hat ein internationales Team die Dynamik aufeinandertreffender Schwarzer Löcher mit bisher unerreichter mathematischer Präzision beschrieben. Ihre in der renommierten Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlichte Studie liefert neue Einblicke in die Gravitationswechselwirkungen zwischen diesen Objekten in unserem Universum.

Schwarze Löcher sind die Objekte mit der höchsten Massendichte in unserem Universum. Ihre gravitative Kraft ist so groß, dass selbst Licht nicht entweichen kann. Wenn sich die Schwarzen Löcher aufeinander zubewegen, werden Gravitationswellen emittiert – ein Phänomen, das Albert Einstein bereits 1915 in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie beschrieben hat und das an Gravitationswellendetektoren wie dem Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, kurz LIGO, in den USA auch schon beobachtet wurde.

Kombination von Methoden ermöglicht präzise Beschreibung
Das Team von Physikern der Humboldt-Universität, dem Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Potsdam und dem CERN in der Nähe von Genf, Schweiz, hat nun die Streuung zweier Schwarzer Löcher und die durch die Anziehungskraft zwischen beiden Massen entstehenden Wechselwirkungen hochpräzise berechnet. Dafür haben sie Methoden aus der Quantenfeldtheorie und der Teilchenphysik auf das klassische Zwei-Körper-Problem der Physik übertragen. Mit dieser Vorgehensweise, die modernste mathematische Integrationstechniken und Hochleistungsrechner erforderte, konnten sie eine ganz neue Ebene der Präzision erreichen.

„Die Lösung dieses Problems markiert eine neue Grenze für Mehrschleifen-Berechnungen und effektive Feldtheorie-Techniken“, sagt Jan Plefka, Leiter der Arbeitsgruppe Quantenfeld- und Stringtheorie am Institut für Physik der HU. „Wir mussten jeden Aspekt optimieren, von der Erzeugung des Integranden bis hin zur Entwicklung neuer Integrationsmethoden“, ergänzt Benjamin Sauer, Co-Autor und Doktorand in Plefkas Arbeitsgruppe. Insgesamt mussten etwa fünfhunderttausend 16-dimensionale Integrale, die den Streuwinkel beschreiben, auf 470 Masterintegrale reduziert werden, die dann berechnet wurden.

Hochpräzise Gravitationswellenmodelle für zukünftigen Detektor im Weltall
Mit ihren Berechnungen haben die Physiker eine näherungsweise Lösung des fundamentalen Zwei-Körper-Problems geliefert und zugleich die Grundlage für fortgeschrittene Gravitationswellenmodelle gelegt, die für Detektoren der nächsten Generation benötigt werden – so wie für die Laser Interferometer Space Antenna, LISA, einen Gravitationswellendetektor, den die Europäische Weltraumorganisation im All aufbauen will. Die höhere Präzision wird extrem genaue Tests der Einstein‘schen Theorie und neue Einblicke in die Kern- und Gravitationsphysik von Doppelsystemen rotierender Schwarzer Löcher ermöglichen.

„Unsere Ergebnisse bringen die Vorhersage von Gravitationswellen, die von Begegnungen zweier Schwarzen Löchern ausgehen, auf eine noch nie dagewesene Genauigkeit“, sagt Dr. Gustav Uhre Jakobsen, Co-Autor und wissenschaftlicher Mitarbeiter in der HU-Arbeitsgruppe. „Dies eröffnet brillante neue Möglichkeiten, um Aussagen zu fundamentalen Fragen der Physik aus künftigen Gravitationswellenbeobachtungen zu extrahieren.“

Publikation:
Conservative Black Hole Scattering at Fifth Post-Minkowskian and First Self-Force Order
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.241402
pdf: https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.132.241402

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• Schwarze Löcher

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Quelle: ISTA 7. März 2024.

7. März 2024 – Ein Haufen kleiner roter Punkte in einer winzigen Region unseres Nachthimmels könnte eine unerwartete Entdeckung gleich im ersten Betriebsjahr des James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) darstellen: Bisher waren diese Objekte durch die ‚Augen‘ des älteren Hubble-Weltraumteleskops nicht von normalen Galaxien zu unterscheiden. „Ohne für diesen speziellen Zweck entwickelt worden zu sein, hat uns das JWST dabei geholfen, festzustellen, dass es sich bei den lichtschwachen kleinen roten Punkten um kleine Versionen von extrem massereichen Schwarzer Löcher handelt, die sehr weit weg – in der fernen Vergangenheit des Universums – zu finden sind. Diese speziellen Himmelskörper könnten unser Verständnis der Entstehung Schwarzer Löchern verändern“, sagt Jorryt Matthee, Assistenzprofessor am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und Hauptautor der Studie. „Die vorliegenden Ergebnisse könnten uns einen Schritt näher an die Lösung eines der größten Dilemmas der Astronomie bringen: Nach den derzeitigen Modellen sind einige supermassereiche Schwarze Löcher im frühen Universum einfach ‚zu schnell‘ gewachsen. Wie sind sie also entstanden?“

Die kosmischen bodenlosen Gruben
Wissenschaftler:innen hielten Schwarze Löcher lange Zeit für eine mathematische Kuriosität, bis ihre Existenz immer offensichtlicher wurde. Diese seltsamen kosmischen bodenlosen Gruben könnten eine derart kompakte Masse und starke Anziehungskraft haben, dass sich ihnen nichts entziehen kann: Sie saugen alles in sich hinein, auch kosmischen Staub, Planeten und Sterne, und verformen den Raum und die Zeit um sie herum so, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Die allgemeine Relativitätstheorie, die von Albert Einstein vor über einem Jahrhundert veröffentlicht wurde, sagte voraus, dass Schwarze Löcher jede beliebige Masse haben können. Einige der faszinierendsten Schwarzen Löcher sind die supermassereichen Schwarzen Löcher, im Englischen supermassive black holes, kurz SMBH, genannt. Diese können die millionen- bis milliardenfache Masse unserer Sonne erreichen. Mittlerweile sind sich Astrophysiker:innen einig, dass sich im Zentrum fast jeder großen Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet. Sogar im Zentrum der Milchstraße existiert Sagittarius A*, ein SMBH, das mehr als das Viermillionenfache der Sonnenmasse hat. Für diesen Nachweis wurde der Nobelpreis für Physik 2020 verliehen.

Zu massiv, um existieren zu können
Doch nicht alle supermassereichen Schwarzen Löcher sind gleich. Während Sagittarius A* mit einem schlafenden Vulkan verglichen werden könnte, wachsen manche andere extrem schnell, indem sie astronomische Mengen an Materie verschlingen. Dadurch strahlen sie so viel Licht aus, dass sie bis an den Rand des sich immer weiter ausdehnenden Universums beobachtet werden können. Diese supermassereichen Schwarze Löcher werden als Quasare bezeichnet und gehören zu den hellsten Objekten im Universum. „Ein Problem bei Quasaren ist, dass einige von ihnen viel zu massiv zu sein scheinen, vor Allem angesichts des Alters des Universums, in dem diese Quasare beobachtet werden. Wir nennen sie die ‚problematischen Quasare‘“, sagt Matthee. „Wenn man bedenkt, dass Quasare aus den Explosionen massereicher Sterne entstehen und dass wir ihre maximale Wachstumsrate aus den allgemeinen Gesetzen der Physik kennen, sehen einige von ihnen so aus, als wären sie schneller gewachsen, als es möglich ist. Es ist wie ein fünfjähriges, aber zwei Meter großes Kind zu sehen. Irgendetwas passt also nicht zusammen“, erklärt er. Könnten supermassereiche Schwarze Löcher vielleicht noch schneller wachsen, als wir ursprünglich dachten? Oder entstehen sie einfach anders?

Kleine Versionen von riesigen Ungetümen
Jetzt haben Matthee und seine Kolleg:innen mehrere Himmelskörper identifiziert, die auf den JWST-Bildern als kleine rote Punkte erscheinen. Außerdem zeigen sie, dass es sich bei diesen Himmelskörpern um supermassereiche Schwarze Löcher handelt, die jedoch nicht unverhältnismäßig groß sind. Entscheidend für die Feststellung, dass es sich bei diesen Himmelskörpern um supermassereiche Schwarze Löcher handelt, war der Nachweis von Hα-Spektrallinien mit breiten Linienprofilen. Hα-Linien sind Spektrallinien im tiefroten Bereich des sichtbaren Lichts, die bei der Erhitzung von Wasserstoffatomen emittiert werden. Die Breite der Spektren spiegelt die Bewegung des Gases wider. „Je breiter die Basis der Hα-Linien ist, desto höher ist die Geschwindigkeit des Gases. Diese Spektren verraten uns also, dass wir es mit einer sehr kleinen Gaswolke zu tun haben, die sich extrem schnell bewegt und um etwas sehr Massereiches wie ein supermassereiches Schwarzes Loch kreist“, sagt Matthee. Bei den kleinen roten Punkten handelt es sich jedoch nicht um die riesigen kosmischen Monster, die man in übermäßig großen Quasaren findet. „Während die ‚problematischen Quasare‘ blau und extrem hell sind und die milliardenfache Masse der Sonne erreichen, sind die kleinen roten Punkte eher wie ‚Baby-Quasare‘. Ihre Massen liegen zwischen zehn und hundert Millionen Sonnenmassen. Außerdem erscheinen sie rot, weil sie staubig sind. Der Staub verschleiert die Schwarzen Löcher und lässt ihr Licht rot aussehen“, sagt Matthee. Aber irgendwann wird der Gasausfluss der Schwarzen Löcher den Staubkokon durchdringen, und aus diesen kleinen roten Punkten werden sich Riesen entwickeln. Der ISTA-Astrophysiker und sein Team vermuten daher, dass es sich bei den kleinen roten Punkten um kleine, rote Versionen von riesigen blauen supermassereichen Schwarzen Löchern handelt, die sich in einer frühen Entwicklungsphase befinden. „Die genauere Untersuchung dieser Baby-Quasare wird uns ermöglichen, besser zu verstehen, wie problematische Quasare zustande kommen.“

Eine bahnbrechende Technologie
Matthee und sein Team konnten die Baby-Quasare dank der Datensätze der JWST-Programme EIGER (Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization) und FRESCO (First Reionization Epoch Spectroscopically Complete Observations) finden. Dies sind ein großes und ein mittleres JWST-Programm, an denen Matthee beteiligt war. Im vergangenen Dezember führte die Zeitschrift Physics World EIGER als einen Top 10 Durchbruch des Jahres 2023 auf. „EIGER wurde entwickelt, um speziell die seltenen blauen supermassereichen Quasare und ihre Umgebungen zu untersuchen. Das Ziel war nicht die kleinen roten Punkte zu finden, aber wir haben sie zufällig im selben Datensatz gefunden. Das liegt daran, dass EIGER mit der Nahinfrarotkamera des JWST Emissionsspektren von allen Himmelskörpern aufnimmt“, sagt Matthee. „Wenn Sie Ihren Zeigefinger heben und Ihren Arm vollständig ausstrecken, entspricht der von uns untersuchte Bereich des Nachthimmels etwa einem Zwanzigstel der Oberfläche Ihres Nagels. Bislang haben wir also wahrscheinlich nur an der Oberfläche gekratzt.“

Matthee ist zuversichtlich, dass diese Ergebnisse viele neue Forschungsrichtungen eröffnen und zur Beantwortung einiger der großen Fragen über das Universum beitragen werden. „Schwarze Löcher aller Art gehören wohl zu den interessantesten Himmelskörpern überhaupt. Es ist schwer zu erklären, warum sie existieren, aber sie sind eben da. Wir hoffen, dass diese Arbeit uns helfen wird, eines der größten Rätsel des Universums zu lösen“, schließt er.

Originalpublikation:
Jorryt Matthee et al. 2024. Little Red Dots: An Abundant Population of Faint Active Galactic Nuclei (AGN) at z ~ 5 Revealed by the EIGER and FRESCO JWST Surveys. The Astrophysical Journal. DOI: doi.org/10.3847/1538-4357/ad2345
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad2345
pdf: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad2345/pdf

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