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Radiogalaxie von vor 12,5 Milliarden Jahren könnte die stärkste bekannte sein
Im jungen Universum gab es offenbar schon extrem starke Radioquellen. Astronomen haben die Galaxie TXS 2354+015 aus einer Zeit weniger als 1,2 Milliarden Jahre nach dem Urknall bestätigt. Ihre berechnete Radioleuchtkraft liegt fast doppelt so hoch wie der bisherige Rekord und zeigt zugleich eine Schwäche gängiger Suchmethoden.
Pino Torinese (Italien). Wenn Materie in ein supermassereiches Schwarzes Loch fällt, können in seiner Umgebung gewaltige Ströme schneller, elektrisch geladener Teilchen entstehen. Diese Jets senden intensive Radiowellen aus und können das Gas in ihrer Umgebung beeinflussen. Entsprechende Radiogalaxien sind auch im frühen Kosmos nachweisbar, obwohl ihre aktiven Zentren häufig von Staub und Gas verdeckt werden.
Wie viele solcher fernen und stark strahlenden Quellen es gibt, ist noch unklar. Bisher werden Kandidaten meist an einem charakteristischen starken Abfall ihrer Radiostrahlung zu höheren Frequenzen erkannt. Galaxien mit weniger steilen Radiospektren könnten durch diese Auswahl fallen, selbst wenn sie ungewöhnlich leuchtkräftig sind.
Forscher des Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) um Barbara Balmaverde haben nun eine andere Auswahlmethode erprobt. Sie kombinierten Radio-Himmelsdurchmusterungen mit tiefen optischen Aufnahmen des Subaru-Teleskops. Dabei suchten sie nach Objekten, deren Licht in bestimmten Farbfiltern abrupt schwächer erscheint, weil Wasserstoff zwischen den Galaxien und der Erde kurzwellige Strahlung absorbiert.
Bei der Radioquelle TXS 2354+015 zeigte sich ein solcher sogenannter Lyman-Bruch. Um die Entfernung zu prüfen, beobachteten die Astronomen das Objekt mit einem Spektrografen am Very Large Telescope und untersuchten die Wellenlängen seines Lichts. Sie identifizierten eine ausgeprägte Lyman-Alpha-Emissionslinie und bestätigten deren Zuordnung mit einer zweiten, schwächeren Linie des Stickstoffs.
Aus der Verschiebung dieser Spektrallinien ergibt sich ein Rotverschiebungswert von 4,946. Die Galaxie erscheint damit so, wie sie aussah, als das Universum erst knapp 1,2 Milliarden Jahre alt war. Nach dem von den Autoren herangezogenen Vergleich ist sie die zweitfernste spektroskopisch bestätigte Radiogalaxie.
Mithilfe von Radiomessungen zwischen 74 und 4.800 Megahertz haben die Forscher das Spektrum der Quelle rekonstruiert. Daraus bestimmten sie eine Radioleuchtkraft von 6,2 × 10²⁹ Watt pro Hertz bei einer Frequenz von 500 Megahertz im Ruhesystem der Galaxie. Der bisherige Vergleichsrekord lag bei 3,2 × 10²⁹ Watt pro Hertz.
Die neue Quelle liegt damit bei dieser festgelegten Radiofrequenz fast um den Faktor zwei über dem stärksten zuvor verzeichneten Objekt. Entscheidend ist dabei nicht ihre von der Erde aus gemessene Helligkeit, sondern die aus Entfernung und Spektrum erschlossene Strahlungsleistung. Der Rekordvergleich hängt zudem davon ab, welche weit entfernten Radiogalaxien bislang entdeckt und untersucht wurden.
Besonders aufschlussreich ist das Radiospektrum selbst. Seine gemessene Steigung beträgt 0,94 und bleibt damit unter dem häufig verwendeten Schwellenwert von 1,3 für sogenannte ultrasteile Radioquellen. Bei einer Auswahl ausschließlich nach diesem Kennzeichen wäre TXS 2354+015 nicht als Kandidat aufgefallen.
Der Fund stützt deshalb den Verdacht, dass bisherige Suchverfahren nur einen Teil der starken Radiogalaxien im frühen Kosmos erfassen. Die Verbindung von Radioaufnahmen mit dem optischen Lyman-Bruch könnte weitere Quellen ans Licht bringen, deren Zentren von Staub verdeckt sind. Aus einem einzelnen neuen Objekt lässt sich aber nicht bestimmen, wie groß die übersehene Population tatsächlich ist.