Die Geburt der ersten Quasaren in einem Urknall-Universum

Viel von meiner Forschung an der Universität Toronto und am California Institute of Technology beschäftigte sich mit Quasaren. Diese Forschung, verbunden mit mehr Forschung, die von anderen Astronomen seitdem durchgeführt wurde, hat zu neuen Erkenntnissen geführt, die mit sich Implikationen für den Urknall bringen.

Das Wort Quasar ist eine Abkürzung für “quasi-stellar radio sources”. Diese sind den Bildern von Sternen ähnlich, weil sie den Astronomen als Lichtpunkte erschienen sind. Ihre gemessenen Entfernungen von Hunderten von Millionen von Lichtjahren bedeuten, dass sie bei Weitem die hellsten Objekte im Universum sind. Zum Beispiel: Wenn der Quasar 3C 273, der 2,4 Milliarden Lichtjahren entfernt ist, nur 30 Lichtjahren entfernt wäre, wäre er heller im Himmel als die Sonne. Die Helligkeiten der Quasare sind so groß und so stark wechselhaft, dass Astronomen sich damit schwergetan haben, die physikalischen Phänomena zu bestimmen, die ihre extreme Helligkeiten, Energiedichten und schnell und langsame Helligkeitsschwankungen erklären könnten.

Warum Quasare wichtig sind
In den späten 1960er schrieben Astronomen Geoffrey und Margaret Burbidge ein Buch in dem sie sagten, dass keine bekannte Physik die beobachteten Eigenschaften von Quasaren erklären könnt, wenn sie tatsächlich Milliarden von Lichtjahren entfernt waren.1 Sie schlossen deshalb, dass Quasare “verhältnismäßig nahe sind, obwohl sie dennoch außerhalb unserer Galaxis liegen.”2 Sie behaupteten ferner, dass die beobachteten Eigenschaften der Quasare, egal ob sie sich auf kosmologischen Entfernungen befinden oder verhältnismäßig nahe sind, die Verwerfung von allen Urknallmodellen verlangten. Da viele dieser mit Urknallmodellen zusammenhangenden Eigenschaften vor Tausenden von Jahren in der Bibel vorhergesagt wurden,3 stand und steht viel mehr als Astrophysik auf dem Spiel, wenn es um die Eigenschaften der Quasare geht. Die Wahrhaftigkeit und Voraussagekraft der Bibel hinsichtlich des Universums und des kosmischen Schöpfers steht auch auf dem Spiel.

Während meiner Forschung habe ich beobachtet, dass Radiogalaxien mit flachem Radiospektrum (Galaxien, deren Radiohelligkeiten in den hohen Radiofrequenzen denen von niedrigen Radiofrequenzen ähnlich sind) Radiohelligkeiten und Helligkeitsänderungen aufwiesen, die denen von Quasaren ähnlich waren.4 Deshalb schlussfolgerte ich, dass diese Quasare sich wahrscheinlich in den Kernen von Riesengalaxien befanden, wo optische Teleskope die Quasare aber nicht die Heimatgalaxien sehen konnten. Jahre später haben Astronomen, die mit der nächsten Generation von starken optischen Teleskopen arbeiteten, erfolgreich die Heimatgalaxien von vielen Quasaren abgebildet (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Hubble Weltraumteleskop Bilder von der Heimatgalaxis des Quasars 3C 273
Rechts sieht man ein Koronograph, das das Licht vom Quasaren ausblendet, so dass man die umgebende Heimatgalaxis besser sehen kann. Bildnachweis: NASA

Viele Jahren später haben Astronomen gezeigt, dass die extremen Helligkeiten und Helligkeitsänderungen der Quasare und die Radioquellen mit flachem Spektrum sich durch supermassive schwarze Löcher (SMBHs auf Englisch) erklären ließen. Diese astronomischen Objekte wiegen hundert Millionen bis viele Milliarden Mal so viel wie die Masse der Sonne und ziehen enorme Mengen von Gas, Staub und Sterne aus ihren Heimatgalaxien an sich. Bis heute wurden mehr als eine Millionen Quasare aufgespürt. Der nächste ist ungefähr 600 Millionen Lichtjahren entfernt. Der entfernteste ist 13,15 Milliarden Lichtjahren entfernt. Quasaraktivität kam in der tiefen Vergangenheit weit häufiger vor. Die Spitzenepoche der Quasaraktivität war vor ungefähr 10 Milliarden Jahren.5

Das Problem der Quasarengeburt
Die Spitzenepoche der Quasaraktivität vor 10 Milliarden Jahren passt gut zu den Urknallmodellen der Schöpfung. Das Datum entspricht der Zeit, wo große Galaxien enorme Mengen von Gas, Staub und Geröll hatten, was die SMBHs in ihren Kernen “futterte”. Die frühen Geburtsdaten für Quasare stellt uns aber vor ein Problem. Dass Quasare existieren konnten, als das Universum nur 650 Millionen Jahre alt war, bedeutet, dass SMBHs, die mehr als Hundert-Millionen Sonnenmassen hatten, damals auch existieren mussten.

SMBHs bilden sich durch die Verschmelzung von den ausgebrannten Überresten großer Sterne —kleiner schwarzen Löcher und Neutronensterne. Mittels Gravitationswellenteleskopen haben Astronomen mehr als zwei Dutzend solcher Ereignisse aufgespürt.6 Nur in den galaktischen Kernen und in Kugelhaufen ist die Sternendichte hoch genug, dass Verschmelzungen dieser Art eine Kaskade bilden können. Kaskadierung in diesem Kontext bezieht sich auf die Folge der Verschmelzung von zwei kleinen schwarzen Löchern, die wiederum mit der Folge der Verschmelzung von zwei weiteren kleinen schwarzen Löchern und später von zwei nun größeren schwarzen Löchern.

Die größten existierenden Sterne bilden schwarze Löcher die maximal die 15-fache Sonnenmasse haben. Bevor Sterne existierten, bestand das Universum nur aus Wasserstoff, Helium und Spurenmengen von Lithium. Die ersten Sterne im Universum bildet sich aus dieser Mischung, die viel größere Sterne erlaubte. Diese Sterne konnte schwarze Löcher bilden, die so viel wie 30 Sonnenmassen hatten.

Beginnend mit schwarzen Löchern, die 4–30 Sonnenmassen haben, scheint es unmöglich, dass Galaxien SMBHs, die mehr als 100 Millionen Sonnenmassen haben, in weniger als 700 Millionen Jahren nach dem Urknall-Schöpfungsereignis hervorbringen konnten. Manche Astronomen vermuteten, dass eine frühe Galaxie vielleicht exotische Bedingungen entwickelte, die eine extrem-hohe Sternendichte im Kern hervorbrachte. Es ist aber höchst unwahrscheinlich, dass solche Bedingungen in vielen frühen Galaxien hätten entstehen können. Diese Unwahrscheinlichkeit nennt man das Problem der Quasarengeburt.

Eine Lösung fürs Problem der Quasarengeburt
Ein internationales Team aus fünf Astronomen haben den Enzo-Kosmologie-Code—eine ausgefeilte Computersimulation—benutzt, um die frühsten Stadien vom Kollaps der Vorläuferhalos großer Galaxien genau zu modellieren.7 Das Team stellte fest, dass starke, kalte Ströme in jungen Galaxien gewaltige supersonische Turbulenzen treiben, die hindern, dass Sternen sich bilden können, bis dichte Massklumpen größer als 31.000 Sonnenmassen sich bilden. Die Formation dieser Klumpen löst einen katastrophalen Baryonkollaps (Baryonen sind Protonen und Neutronen) aus, was wiederum die Entstehung von neuen Sternen mit 31.000–40.000 Sonnenmassen auslöst. Solche Sterne leuchten nie. Sie fallen sofort zusammen und bilden Schwarze Löcher.

Die Formation von Hunderten oder gar Tausenden von Schwarzen Löchern mit 31.000–40.000 Sonnenmassen in den Kernen größer Galaxien während der ersten Halb-Milliarden Jahren der kosmischen Geschichte liefert die Saat für SMBHs, die größer als 100.000.000 Sonnenmassen. Dieser Entstehungsprozess ist notwendig, die Handvoll von Quasaren zu erklären, die Astronomen entdeckt haben, die mehr als 13,1 Milliarden Lichtjahren entfernt sind, d.h., Quasare, die entstanden, als das Universum weniger als 700 Millionen Jahre alt war.

Die Folgen der Lösung zum Problem der Quasarengeburt
Die von fünf Astronomen formulierte Lösung zum Problem der Quasarengeburt funktioniert nur in den Rahmen von einer Teilmenge der Urknall-Schöpfungsmodellen, die ΛCDM (lambda cold dark matter/Lambda Kalte Dunkele Materie) Modelle des Urknalls. In diesen Modellen ist dunkele Energie die dominierende Komponente des Universums und die zweit-häufigste Komponente kalte dunkele Materie.

Die vom Team formulierte Lösung ergibt noch ein Beispiel, das zeigt, je mehr wir übers Universum lernen, desto detaillierter, spezifischer und genauer das Urknall-Schöpfungsmodell wird. Sie ist noch eine Nummer in der langen Liste der Beobachtungen, Experimente und theoretische Prüfungen, die das Urknall-Schöpfungsmodell konsequent bestanden hat. Diese Ergebnisse geben uns allen, Christen sowie nicht-Christen, eine zunehmende Gewissheit und Zuversicht, dass die Bibel tatsächlich akkurate Vorhersagen getroffen hat, indem sie mindestens drei fundamentale Eigenschaften des Urknall-Universums gelehrt hat, Jahrtausende vor Astronomen sie entdeckten. Diese Eigenschaften sind, dass das Universum einen Anfang hatte, es unveränderliche physikalische Konstanten aufweist und einem Zerfallsgesetz unterworfen ist.

Diese bewiesene Voraussagekraft der Bibel ist starker Beweis dafür, dass die Bibel die inspirierte, unfehlbare Botschaft ist, von dem der das Universum schuf. Folglich ist die Botschaft der Bibel eine, die kein vernunftbegabter Mensch ablehnen oder ignorieren soll.

Endnoten

  1. Geoffrey Burbidge und Margaret Burbidge, Quasi-Stellar Objects(San Francisco: W. H. Freeman, 1967).
  2. Burbidge und Burbidge, Quasi-Stellar Objects, vi.
  3. Hugh Ross und John Rea, “Big Bang—The Bible Taught It First!Reasons to Believe, Juli 1, 2000; Hugh Ross, “Does the Bible Teach Big Bang Cosmology?Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, August 26, 2019.
  4. Hugh Norman Ross, Radio Sources with Low Frequency Cutoffs, Volumes 1 and 2 (Department of Astronomy, David Dunlap Observatory, University of Toronto, PhD Thesis, 1972).
  5. Maarten Schmidt, Donald P. Schneider, und James E. Gunn, “Spectroscopic CCD Surveys for Quasars at Large Redshift. IV. Evolution of the Luminosity Function from Quasars Detected by Their Lyman-Alpha Emission,” Astronomical Journal 110, nr. 1 (Juli 1995): 68–77, doi:10.1086/117497.
  6. Hugh Ross, “How Gravitational Waves Help Explain the Universe’s History,” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, März 10, 2016; Hugh Ross, “Neutron Star Merger Explains Why We’re Here (Expanded Version), Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, November 3, 2017.
  7. M. A. Latif et al., “Turbulent Cold Flows Gave Birth to the First Quasars,” Nature 607 (Juli 7, 2022): 48–51, doi:10.1038/s41586-022-04813-y.