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Das Universum sieht aus wie ein gewaltiger, leerer Ozean mit ein paar wenigen Galaxie-Inseln. Aber das stimmt nicht. Nur ein kleiner Teil aller Atome befindet sich in Galaxien, während der Rest vermutlich dazwischen treibt, im intergalaktischen Medium.
Wie Wurzeln eines riesigen Baumes breitet sich von jeder Galaxie Gas aus. Die Schwerkraft leitet neue Masse in diesen dichten, kosmischen Wald. Hier, im intergalaktischen Medium, befinden sich die Rohstoffe der Schöpfung – Wasserstoff und Helium, zu Bahnen und Fäden verwoben, welche in Galaxien hinein strömen, wo sie irgendwann Sternen erschaffen.
Schauen wir aber ganz genau hin, sehen wir, wer hier das Sagen hat: Quasare, die allermächtigsten Objekte, die es gibt. Klein wie ein Sandkorn im Vergleich zum Amazonas sitzen sie im Zentrum mancher Galaxien, leuchten mit der Energie einer Billion Sterne und stoßen gigantische Strahlen aus Materie aus, welche den Kosmos um sie herum völlig verformen. Sie sind so mächtig, dass sie eine Galaxie zerstören können. Was sind Quasare, und wie können sie die Struktur des Universums nach Lust und Laune formen?
Überall merkwürdige Dinge am Himmel. In den 1950er Jahren fielen Astronomen rätselhafte, laute Radiowellen auf, ausgehend von Punkten, die über den ganzen Himmel verstreut waren. Sie wurden als “quasi-stellare Radioquellen” bezeichnet, oder eben “Quasare”, weil sie wie Sterne Punkte waren, die aber durch Radiowellen statt sichtbarem Licht erkennbar waren. Alles an ihnen war merkwürdig. Manche flackerten, andere stießen zusätzlich zu Radiowellen auch noch sehr energiereiche Röntgenstrahlen aus, aber sie alle schienen winzig zu sein. Und extrem schnell, bis zu über 30 % Lichtgeschwindigkeit.
Die einzige Erklärung war, dass sie so weit weg sein mussten, dass ihre scheinbare Geschwindigkeit eigentlich der Ausdehnung des Universums entsprach, die sie von uns wegzog. Aber diese riesigen Entfernungen bedeuteten auch, dass Quasare nicht einfach Sterne sein konnten, sondern die aktiven Kerne von Milliarden Lichtjahren entfernten Galaxien sein mussten! Und es wird noch verrückter. Dass sie über diese Distanzen so hell und laut erscheinen, müssen sie tausende Mal heller sein als die ganze Milchstraße. Monster, die mit einer undenkbaren Gewalt explodieren und ins Leere schreien.
Als wir immer mehr vom Himmel entdeckten, kamen über eine Million Quasare zum Vorschein. Und sie schienen alle sehr weit weg zu sein. Im All bedeutet weit weg vor langer Zeit, weil ihr Licht so lange braucht, bis es bei uns ist. Quasare waren im frühen Universum häufig. Die meisten gab es vor 10 Milliarden Jahren, als Galaxien und das Universum selbst noch sehr jung waren. Reisen wir in die Vergangenheit, zu einer Zeit nur gerade 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall, und schauen uns an, was da so vor sich ging.
Die unglaubliche Macht der Quasare. Wie konnte eine frühe Baby-Galaxie so unglaublich hell und gewaltig sein? All dieses Licht und diese Strahlung konnte nicht von Sternen stammen, da es bei weitem nicht genug von ihnen gab. Und da Galaxien dazu neigen mit der Zeit durch Verschmelzung zu wachsen, sollte das Sternenlicht von kleinen Galaxien nicht viel heller sein als das heutiger Galaxien.
Es gibt nur einen Weg, die Riesenmengen Energie zu generieren, mit der ein Quasar leuchtet: die Fütterung supermassereicher schwarzer Löcher. Wir wissen noch nicht, wie genau sie entstehen, aber es scheint, als hätte jede Galaxie eines im Zentrum. Aber wie können die hellsten Dinger im Universum schwarze Löcher sein, die alles verschlucken, was ihren Ereignishorizont überschreitet? Das Licht von Quasaren kommt nicht aus dem Inneren dieser schwarzen Löcher, sondern vom Raum darum herum: eine riesige, sich um das schwarze Loch drehende Scheibe aus Gas, die sogenannte Akkretionsscheibe.
Quasare nutzen zum Leuchten den gleichen Treibstoff wie Sterne: Materie. Nur sind schwarze Löcher die effizientesten Maschinen im Universum, um Materie in Energie zu verwandeln. Die Energie, welche Materie freisetzt, wenn sie in ein schwarzes Loch fällt, kann 60 mal größer sein als diejenige, welche die Kernfusion in einem Sternenkern freisetzt, denn die Energie eines schwarzen Lochs stammt von der Schwerkraft und nicht von Kernreaktionen. Fällt Materie in ein schwarzes Loch, beschleunigt sie fast bis auf Lichtgeschwindigkeit, bevor sie den Ereignishorizont überschreitet, und vibriert mit einer unglaublichen kinetischen Energie.
Einmal im schwarzen Loch, nimmt die Materie diese Energie natürlich mit. Du bemerkst sie nur, wenn du die Materie genau richtig ins schwarze Loch triffst. Fällt sie gerade hinein, kriegt das Universum nichts davon mit. Ist es aber viel Materie, nähert sich diese dem Ereignishorizont spiralförmig mit einer Wahnsinnsgeschwindigkeit und bildet eine Scheibe. Kollidierende Teilchen und Reibung heizen diese Scheibe auf hunderttausende Grad auf. Auf einem Raum, der nicht viel größer ist als unser Sonnensystem, kann der Kern einer Galaxie ein Vielfaches der Energie all ihrer Sterne zusammen freisetzen. Und das ist ein Quasar: Ein supermassereiches schwarzes Loch, das sich vollfrisst. Und diese schwarzen Löcher essen ganz schön viel. Typische Quasare verzehren zwischen einer und hundert Erdmassen Gas pro Minute!
Vor zehn Milliarden Jahren war das Universum etwa ein Drittel so gross wie jetzt, das intergalaktische Medium war also viel weniger weit ausgedehnt, was bedeutet, dass die Gasfäden um die Quasare herum ein Festessen waren und sie wahnsinnige Mengen Licht und Strahlung ausspeien konnten. Die hellsten Quasare treiben Strahlen an, die das Magnetfeld der Materie um sie herum zu einem engen Kegel formen. Wie Teilchenbeschleuniger stoßen sie riesige Strahlen aus Materie aus, welche durch das circum-galaktische Medium fegen und Materiewolken bilden, die auf eine Größe von hunderttausenden Lichtjahren anwachsen. Dieses Ausmaß ist kaum vorstellbar: Ein winziger Punkt in einer Galaxie, der mehrere hunderttausende Lichtjahre große Gebiete des Universums verformt. Aber sehr lange können Quasare nicht fressen: Vielleicht ein paar Millionen Jahre. Schlussendlich zerstört ihr Gelage die Galaxie.
Wie Quasare Galaxien killen. Okay, “killen” ist etwas übertrieben. Es gibt die Galaxie noch, nachdem der Quasar erloschen ist. Aber sie wird nie mehr so sein wie vorher. Quasare, mit die heißesten und hellsten Objekte im Universum, zerstören ihre Galaxien, weil sie sie zu stark aufheizen und die Sternbildung verhindern. Sterne bestehen aus Gas, das in sich selbst kollabierte und extrem heiß wurde. Aber in einer Gaswolke, die bereits heiß ist, bewegen sich Atome sehr schnell. Stoßen sie zusammen, tun sie das richtig fest und üben einen Druck aus, der sich der Schwerkraft widersetzt - deshalb können aus heißem Gas keine Sterne entstehen. Das beste Gas, um Sterne zu bilden, ist deshalb bereits kalt und wehrt sich nicht, wenn es Zeit ist, zu einem Stern zusammenzufallen.
Darüber hinaus drücken Quasare Gas aus der Galaxie. Das lässt nicht nur den Quasar verhungern, sondern nimmt der Galaxie auch das Rohmaterial für neue Sterne. So traurig das klingt, für das Leben ist das vielleicht sogar besser. Das Gegenteil kann nämlich viel gefährlicher sein: Zu viele Sterne. Bilden sich neue Sterne, explodieren darauf normalerweise massereiche Sterne als Supernovae. Planeten würden dadurch steril werden. Aber natürlich ist das eigentlich viel komplizierter. Wie die Feinheiten der Biosphäre unseres Planeten hängt auch sämtliche Teile der Galaxie voneinander ab und beeinflussen sich. Während heisse Dinge wie Quasare und Supernovae Gas eher aus der Galaxie drücken, können Schockwellen und die Strahlen von Quasaren Gas auch komprimieren und so wenigstens kurzzeitig neue Sterne bilden. Aber allgemein lässt sich sagen, dass wir nicht existieren würden, wenn sich die ganze Sache nicht etwas abgekühlt hätte.
Was uns zur letzten Frage bringt: Hatte die Milchstrasse früher mal einen Quasar? Es ist nicht klar, ob jede Galaxie einmal eine Quasarphase durchgemacht hat, aber weit entfernte Quasare zu erforschen könnte uns Hinweise zur Geschichte der Milchstraße liefern. Galaxien sind nicht gut darin, ihre Geschichte zu bewahren. Wie Sand in der Brandung werden Hinweise auf die Vergangenheit vom durcheinandergewirbelt. Es kann sein, dass die Milchstraße einmal ein Quasar war. Das könnte der Grund sein, dass unser supermassereiches schwarzes Loch Sagittarius A Stern auf die viermillionenfache Masse der Sonne anwachsen konnte. Aktuell ruht Sagittarius A Stern, könnte in Zukunft aber immer noch zu einem Quasar werden.
In einigen Milliarden Jahren wird die Milchstraße mit Andromeda zusammenwachsen. Wir haben über hundert “Doppelquasare” in kollidierenden Galaxien beobachtet, was die schwarzen Löcher im Zentrum mit frischem Gas füttert. Das wird aber nicht lange anhalten. Wenn sich Galaxien verbinden, tun das auch ihre supermassereichen schwarzen Löcher und sinken zum Zentrum der neuen Galaxie, wobei sie Staub und Sterne in alle Richtungen aufwirbeln. Wir wissen nicht, ob das passieren wird, aber es wäre sicher ein unglaubliches Schauspiel. Vielleicht werden irgendwelche Lebewesen in der fernen Zukunft Zeugen davon, ganz ergriffen von dem, was sie da beobachten.