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XMM
Mysteriöse Eisenfabrik im Universum?
Redaktion
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9. Juli 2002

Wie kommt das Eisen in die Welt? Nach Ansicht der Astronomen entstand es im Inneren von Sternen und wurde dann während Supernova-Explosionen ins All geblasen. Je älter das Universum ist, desto mehr Eisen sollte es also geben. Deutschen Astronomen fanden jetzt aber einen Quasar, der drei Mal mehr Eisen in sich birgt als unsere Sonne. Und den Quasar sehen wir in einer Zeit, in der das Universum erst 1,5 Milliarden Jahre alt war. Gibt es also eine "Eisenfabrik" im All?

Quasar APM 08279+5255

XMM-Newton-Foto des Quasars APM 08279+5255. Foto: ESA / Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik

Prof. Günther Hasinger und Dr. Stefanie Komossa vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching sowie Dr. Norbert Schartel von der Europäischen Raumfahrtagentur ESA ist jetzt eine erstaunliche Entdeckung gelungen: Spektralbeobachtungen mit dem Röntgenobservatorium XMM-Newton ergaben, dass der Quasar APM 08279+5255 etwa drei Mal mehr Eisen birgt als heute im Sonnensystem vorhanden ist. Den Quasar sehen wir zu einer Zeit, als das Universum erst rund 1,5 Milliarden Jahre alt war; die Sonne dagegen entstand etwa neun Milliarden Jahre nach dem Urknall. Das heißt: In dem jungen Quasar existierte bereits mehr Eisen als in unserem viel älteren Sonnensystem. Für die Forscher heißt dass, dass es entweder eine bisher unbekannte, jedoch effizientere Art der Eisenproduktion gibt oder dass das Universum zu dem Zeitpunkt, als der Quasar sein Licht aussandte, wesentlich älter war als bisher angenommen. Die Astronomen veröffentlichten ihre Arbeit jetzt in der Fachzeitschrift Astrophysical Journal Letters.

Der Quasar APM 08279+5255 ist eines der leuchtkräftigsten Objekte im gesamten Universum. Er strahlt über eine Billiarde Mal mehr Energie ab als unsere Sonne. Nur deshalb können wir trotz seiner großen Entfernung noch intensive Strahlung von ihm auffangen. Diese Leuchtkraft speist sich hauptsächlich aus dem "Absturz" von Materie in ein gigantisches Schwarzes Loch im Quasarzentrum. Das gasförmige Material heizt sich stark auf und sendet Röntgenstrahlen aus - quasi als "letzten Hilfeschrei", bevor es in dem Schwarzen Loch verschwindet. Ein Teil der eingefangenen Materie wird jedoch durch den starken Lichtdruck des Zentralobjekts wieder nach außen transportiert. Bei APM 08279+5255 sehen wir das Schwarze Loch zufällig durch den Schleier der ausströmenden Materie. Zusätzlich verstärkt eine so genannte Gravitationslinse das Licht des Quasars.

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Diese Eigenschaften machen APM 08279+5255 zu einem hervorragenden Laboratorium, um mittels Röntgenstrahlen die Bedingungen im frühen Universum und in unmittelbarer Nähe supermassereicher Schwarzer Löcher zu untersuchen. Bei der Analyse des mit dem europäischen Satelliten XMM-Newton aufgefangenen Röntgenlichts entdeckten die Wissenschaftler, dass die aus dem Zentrum des Quasars strömende Materie große Mengen Eisen enthält und konnten sogar den Anteil dieses Elements im Quasarzentrum - und damit im frühen Universum - messen. Überraschend ist, dass das Eisen weit gehend allein vorzukommen scheint: Andere chemische Elemente, wie zum Beispiel Sauerstoff, machen sich kaum bemerkbar. So ist das Eisen/Sauerstoff-Verhältnis etwa drei- bis fünfmal so hoch wie in unserem Sonnensystem.

Die Eisenhäufigkeit ist deshalb so wichtig, weil sie eine Art "kosmische Uhr" darstellt: Seit dem Urknall vor rund 15 Milliarden Jahren werden sämtliche chemischen Elemente - außer den leichtesten wie Wasserstoff und Helium - in massereichen Sternen  produziert und während gewaltiger Supernova-Explosionen ins All hinaus geblasen, wo sie wieder für die Entstehung neuer Sterne zur Verfügung stehen. Bis sich ein gewisser Eisenanteil angesammelt hat, dauert das eine geraume Zeit: Mindestens eine Milliarde Jahre mussten vergehen, um zum Beispiel die bei unserer Sonne gefundenen Verhältnisse zu "erbrüten". Um so erstaunlicher, dass ein so junges Objekt wie APM 08279+5255 bereits einen deutlich höheren Eisengehalt aufweist als unser wesentlich älteres Sonnensystem. Entweder gibt es eine effizientere Art, Eisen zu erzeugen - quasi eine Art kosmische "Eisenfabrik" -, oder das Universum ist in der angenommenen Entfernung des Quasars, bereits viel älter als bisher gedacht.

Die neuen Beobachtungen zeichnen ein extremes Bild für den Innenbereich von APM 08279+5255: Es muss ein wahres Feuerwerk an Supernovae im Zentrum des Quasars gegeben haben, um so viel Eisen zu erzeugen. Nicht nur das: Um die hohe Leuchtkraft von APM 08279+5255 und den hohen Materieausfluss aus dem Quasarzentrum aufrechtzuerhalten, müssen jährlich sehr viele Sonnenmassen an Sternenstaub verschluckt und zum Teil wieder hinaus geblasen werden. Doch selbst eine besonders hohe Rate an Supernovae kann - wegen der langen Lebensdauer der Sterne, die als Supernova enden - nur schwer erklären, warum so früh in der Entwicklung des Universums so viel Eisen erzeugt wurde. Erklärt werden könne das nur, wenn das Universum tatsächlich älter ist als angenommen -  ein weiterer unabhängiger Hinweis auf eine mysteriöse "Dunkle Energie", die das Universum heute noch auseinander zu treiben scheint.

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