Astronomen haben ein Signal empfangen, das mehr als 8 Milliarden Jahre lang auf die Erde zugeflogen ist

Die Entdeckung gelang dem südafrikanischen Radioteleskop MeerKAT. Und das erstaunlich schnell: Um ein so weit entferntes und seltenes Signal zu empfangen, sind normalerweise Hunderte von Beobachtungsstunden erforderlich – hier reichten lediglich fünf. Wissenschaftler sagen, dies sei eine Generalprobe für das Zeitalter der Riesenteleskope der neuen Generation.

Um es gleich vorwegzunehmen: „Weltraumlaser“ ist eine bildliche Bezeichnung. Es handelt sich nicht um eine Waffe aus der Science-Fiction, sondern um ein Naturphänomen: Gaswolken im Weltraum können Radiowellen verstärken und ausstrahlen, so wie es ein Laser mit Licht tut. Einen solchen natürlichen Verstärker nennt man Maser.

Details

Um zu verstehen, warum dies wichtig ist, erinnern wir uns an eine einfache Tatsache: Licht bewegt sich nicht augenblicklich. Wissenschaftler vergleichen dies mit einem Brief per Post. Wenn Ihnen ein Freund einen Brief aus dem Ausland schickt, sind die darin enthaltenen Nachrichten bereits veraltet, wenn Sie ihn lesen. Im Weltraum spielt das Licht die Rolle des Briefes. Die „Nachrichten“ aus dieser Galaxie haben 8 Milliarden Jahre gebraucht, um uns zu erreichen – das bedeutet, dass wir sie nicht so sehen, wie sie jetzt ist, sondern wie sie in der fernen Vergangenheit war.

Wie weit zurück? Das Universum entstand vor etwa 13,8 Milliarden Jahren. Das bedeutet, wir betrachten es in einem Alter, in dem es noch nicht einmal halb so alt war wie heute – als „Kleinkind“, wie Astronomen es ausdrücken. In jener Epoche waren Galaxien weitaus „wilder“: Sie kollidierten häufiger, bildeten aktiver Sterne und ähnelten in keiner Weise den ruhigen, reifen Galaxien, die heute in unserer Nachbarschaft liegen.

Das empfangene Signal stammt von einem Megamaser, also einem Maser von unglaublicher Stärke. Ein gewöhnlicher kosmischer Maser ist bereits beeindruckend, doch ein Megamaser ist eine Million Mal heller. (Es gibt sogar noch stärkere – Gigamaser, die eine Milliarde Mal heller sind als ein Standardmaser.) Solche Objekte sind eine große Seltenheit, und es war bisher fast unmöglich, einen so weit entfernten von ihnen zu entdecken.

Zwei Faktoren trugen dazu bei, dass dies so schnell gelang. Der erste ist die Gravitationslinsenwirkung. Zwischen uns und der fernen Galaxie befand sich zufällig ein massereiches Objekt, eine andere Galaxie, deren Anziehungskraft wie eine natürliche Linse wirkte und das eintreffende Signal verstärkte. Der zweite Faktor ist das Teleskop selbst. MeerKAT deckt einen breiten Bereich von Radiofrequenzen ab, und während die Astronomen in den Daten nach neutralem Wasserstoff suchten, wurde in derselben Aufzeichnung unerwartet auch das Signal des Megamasers entdeckt.

Warum dies wichtig ist

Die Wissenschaftler geben offen zu: Normalerweise verändert eine einzige Beobachtung unsere Vorstellungen vom Universum nicht – für fundierte Schlussfolgerungen sind große Stichproben von Objekten erforderlich. Doch hier beeindruckte die Kombination aus Rekordentfernung und Geschwindigkeit der Entdeckung.

Die Hauptbedeutung des Fundes liegt darin, dass er beweist: Die Technologie ermöglicht es endlich, sehr schwache Signale aus der fernen Vergangenheit zu empfangen. Dieses Signal ist millionenfach schwächer als das eines Mobiltelefons, und um es herauszufiltern, waren Supercomputer erforderlich, die mehrere Tage lang Billionen von Berechnungen durchführten – und sozusagen das Nutzsignal von den Störsignalen „reinwuschen“.

Und wenn es gelingt, so etwas innerhalb von fünf Stunden zu erfassen, bedeutet dies, dass zukünftige Himmelsdurchmusterungen in der Lage sein werden, solche Objekte in großer Zahl zu finden. Und dies ebnet den Weg für bedeutende wissenschaftliche Erkenntnisse. Megamaser entstehen normalerweise dort, wo Galaxien aufeinanderprallen, und im Zentrum fast jeder großen Galaxie befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch. Wenn Galaxien verschmelzen, nähern sich ihre Schwarzen Löcher spiralförmig einander an – und können schließlich Gravitationswellen erzeugen, also Wellen in der Raumzeit selbst.

Indem sie solche Systeme aufspüren, erfassen Astronomen Galaxien in einer entscheidenden Phase ihres Lebens – im „Countdown“ vor der Kollision. Wir möchten betonen: Die Verschmelzung der Schwarzen Löcher und der Ausbruch von Gravitationswellen wurden hier bislang noch nicht beobachtet – dies ist ein erwartetes Szenario, das Detektoren der nächsten Generation überprüfen können.

Hintergrund

Die Radioastronomie untersucht das Universum nicht im sichtbaren Licht, sondern in Radiowellen – dies ermöglicht es, dort hinzuschauen, wo herkömmliche Teleskope nicht hinkommen, unter anderem durch Gas- und Staubwolken hindurch. Jedes Atom und jedes Molekül strahlt bei seinen charakteristischen Frequenzen, und anhand dieser „chemischen Fingerabdrücke“ (Spektrallinien) bestimmen Wissenschaftler, woraus das ferne Gas besteht.

MeerKAT, das sich in Südafrika befindet, gilt heute als eines der besten Radioteleskope der Welt. Doch dies ist nur die Vorbereitung auf ein weitaus größeres Projekt – das SKA-Observatorium (Square Kilometre Array), ein einzigartiges internationales „Megateleskop“. Parallel dazu wird in den USA ein weiteres Instrument der neuen Generation entwickelt – das ngVLA, das bei höheren Frequenzen arbeitet. Zusammen werden sie die beiden Säulen der Radioastronomie der Zukunft bilden.

Die Entdeckung selbst ist auch eine Geschichte über den wissenschaftlichen Status Südafrikas. Um ein Signal aus einer solchen Entfernung zu empfangen, braucht es nicht nur empfindliche Antennen, sondern auch leistungsstarke Rechenplattformen und Experten, die mit riesigen Datenmengen umgehen können. Beides ist in diesem Land vorhanden – und damit festigt Südafrika seine Rolle als eines der weltweiten Zentren der „datenintensiven“ Astronomie.

Quelle

Die Studie wurde am MeerKAT-Radioteleskop (Südafrika) durchgeführt. Über die Arbeit berichteten ihre Autoren – Thato Manamela, Postdoktorand an der Universität Pretoria, und Roger Dean, Direktor des Interuniversitären Instituts für datenintensive Astronomie (IDIA) und Professor an den Universitäten Kapstadt und Pretoria.