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Astronomie - Gespenstische Ausrichtung von Quasaren über Milliarden Lichtjahre hinweg

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Das VLT macht die Ausrichtung der Achsen supermassereicher Schwarzer Löcher und großräumiger Strukturen im Universum sichtbar
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Diese künstlerische Darstellung zeigt schematisch die rätselhafte Ausrichtung zwischen den Rotationsachsen von Quasaren und großräumigen Strukturen in denen sie sich befinden, die mit dem Very Large Telescope der ESO entdeckt wurde. Dieses Phänomen erstreckt sich über Milliarden von Lichtjahren und stellt die größten Zusammenhänge von kosmischen Objekten dar, die bisher bekannt sind.
Die großsräumigen Strukturen sind in blau dargestellt und die Quasare sind weiß markiert, wobei die Rotationsachsen ihrer Schwarzen Löcher mit einem Strich angedeutet sind.
Dieses Bild ist nur eine Veranschaulichung und stellt nicht die wirkliche Verteilung von Galaxien und Quasaren dar.
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Neue Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile haben Systematiken bei der Ausrichtung von Quasaren und den größten Strukturen hervortreten lassen, die jemals im Universum entdeckt wurden: Ein europäisches Wissenschaftlerteam hat festgestellt, dass die Rotationsachsen der zentralen supermassereichen Schwarzen Löcher in einer Stichprobe von Quasaren über Milliarden von Lichtjahren parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Astronomen stellten ebenfalls fest, dass die Rotationsachsen dieser Quasare dazu neigen, sich nach den riesigen Strukturen im kosmischen Netz auszurichten, in dem sie sich befinden.
Quasare sind Galaxien mit sehr aktiven supermassereichen Schwarzen Löchern in ihrem Zentrum. Diese Schwarzen Löcher sind von sich drehenden Scheiben aus extrem heißem Material umgeben, das oft in langgezogenen Strahlen, sogenannten Jets, entlang ihrer Rotationsachsen (also senkrecht zur Scheibenebene) hinausgeschleudert wird. Quasare können heller sein als all die Sterne in ihrer Wirtsgalaxie zusammengenommen.
Ein Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Damien Hutsemékers von der Universität Liège in Belgien hat mit dem FORS-Instrument am VLT 93 Quasare untersucht, die wir zur Zeit so sehen, wie sie waren als das Universum nur ein Drittel so alt war wie heute. Von diesen Quasaren ist bekannt, dass sie riesige Gruppen bilden, die sich über Milliarden von Lichtjahren verteilen.
„Die erste seltsame Sache, die wir bemerkten, war, dass die Rotationsachsen von einigen der Quasare zueinander ausgerichtet waren – obwohl diese Quasare einige Milliarden Lichtjahre von einander getrennt sind”, erläutert Hutsemékers.
Das Team ging dann noch einen Schritt weiter und schaute sich an, ob die Rotationsachsen nicht nur zu einander eine Verbindung besitzen, sondern auch zu den großräumigen Strukturen im Universum zu dieser Zeit.
Wenn Astronomen sich die Verteilung von Galaxien auf Skalen von mehreren Milliarden von Lichtjahren anschauen, dann sehen sie, dass sie nicht gleichmäßig ist. Stattdessen bilden die Galaxien ein kosmisches Netz aus Filamenten und Klumpen um riesige Hohlräume, in denen kaum Galaxien zu finden sind. Diese fesselnd schöne Materieanordnung wird großräumige Struktur genannt.
Die neuen Ergebnisse vom VLT deuten darauf hin, dass die Rotationsachsen der Quasare dazu neigen, sich parallel zu den großräumigen Strukturen auszurichten, in denen sie sich selbst befinden. Wenn sich also die Quasare in einem langen Filament befinden, dann werden sich die Drehachsen ihrer zentralen Schwarzen Löcher entlang des Filaments ausrichten. Die Forscher schätzen die Wahrscheinlichkeit dafür, dass diese Ausrichtungen bloß Zufall sind auf weniger als 1% ein.
„Eine Korrelation zwischen der Ausrichtung von Quasaren und der Struktur, zu der sie gehören, ist eine wichtige Vorhersage numerischer Simulationen der Entwicklung unseres Universums. Unsere Beobachtungsdaten liefern den ersten experimentellen Beweis dieses Effekts auf Skalen, die viel größer sind als alles, was bisher für normale Galaxien beobachtet wurde”, fügt Dominique Sluse vom Argelander-Institut für Astronomie in Bonn und der Universität Liège hinzu.
Das Team konnte weder die Rotationsachsen noch die Jets der Quasare direkt sehen. Stattdessen maßen sie die Polarisation des Lichts jedes Quasars und für 19 von ihnen fanden sie ein maßgeblich polarisiertes Signal. Die Richtung dieser Polarisation konnte zusammen mit weiteren Informationen dazu verwendet werden, um den Neigungwinkel der Akkretionsscheibe zur Sehlinie und somit die Richtung der Drehachse des Quasars zu bestimmen.
„Die Ausrichtung in den neuen Daten auf Skalen, die sogar größer sind als aktuelle Vorhersagen von Simulationen, könnten ein Hinweis darauf sein, dass es eine fehlende Zutat in unserem heutigen Modell des Universums gibt”, erklärt Dominique Sluse abschließend.
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Diese besonders detaillierte Simulation der großräumigen Struktur des Universums entstand im Rahmen der Illustris-Simulation. Die Verteilung der Dunklen Materie ist in blau dargestellt, die Verteilung des Gases in orange. Diese Simulation zeigt den gegenwärtigen Zustand des Universums und ist auf einen massereichen Galaxienhaufen zentriert. Der dargestellte Bereich hat eine Kantenlänge von 300 Millionen Lichtjahren.
Quelle: ESO
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