Die geniale Idee an diesem Nachmittag veranlasste das Time Magazine, ihn mit Galileo zu vergleichen

In seiner über 50-jährigen akademischen Karriere leistete Schmidt mit seinem außergewöhnlichen Talent, seiner ausgeprägten Intuition, seinem fortschrittlichen Denken, seinen romantischen Gefühlen und seinem unerschütterlichen Willen herausragende Beiträge zur menschlichen Erforschung des Universums und erlangte auch die gebührenden Auszeichnungen. Er kann in Frieden ruhen.

Geschrieben von | Wang Shanqin

Am 17. September 2022 verstarb Maarten Schmidt (1929–2022), ein herausragender Astronom und eine Legende auf dem Gebiet der Astronomie, im Alter von 92 Jahren.

Martin Schmidt. Bildquelle: [1]

Ein junger und vielversprechender Mann mit einem angesehenen Hintergrund

Schmidt wurde am 28. Dezember 1929 im niederländischen Groningen geboren. Sein Vater, Wilhelm Schmidt, war Regierungsbuchhalter und seine Mutter, Annie Wilhelmina Schmidt, Hausfrau. [2]

Schmidts Onkel war Apotheker und Amateurastronom. Unter seiner Anleitung baute Schmidt ein Teleskop aus zwei Linsen und einer Papierröhre. Aufgrund der Verdunkelung während des Zweiten Weltkriegs konnte er die Sterne vom Stadtzentrum aus beobachten. Er suchte und las jedes Astronomiebuch, das er finden konnte. [2]

1949 erhielt Schmidt seinen Bachelor-Abschluss von der Universität Groningen und ein Jahr später seinen Master-Abschluss. Anschließend ging Schmidt an die Sternwarte der Universität Leiden in den Niederlanden, um dort bei dem Astronomiemeister Jan Hendrik Oort (1900–1992) zu promovieren.

Als Doktorand verbrachte Schmidt ein Jahr in Kenia, wo er Sterne beobachtete und ihre Positionen vermaß. Nach Abschluss dieser Aufgabe kehrte Schmidt zum Observatorium der Universität Leiden zurück und beobachtete mit einem Radioteleskopsystem die 21 Zentimeter breite Spektrallinie, die von Wasserstoff-Molekülwolken in den Spiralarmen der Milchstraße emittiert wird, und zeichnete so eine morphologische Karte der Milchstraße.

1955 heiratete Schmidt Cornelia Tom. [2] Sie hatten drei Töchter: Anne Schmidt, Marijke Schmidt und Elizabeth Schmidt. [3]

1956 promovierte Schmidt in Astronomie. Thema seiner Dissertation war die Bestimmung der Massenverteilung der Milchstraße anhand von Beobachtungen der 21-cm-Spektrallinie.

In den nächsten zwei Jahren arbeitete Schmidt als Carnegie Fellow an den Observatorien Mt. Wilson und Palomar, ähnlich seiner heutigen Postdoc-Tätigkeit. Diese seltsam klingende Einheit entstand durch die Fusion des ehemaligen Mt. Wilson Observatory und des Palomar Observatory.

1958 kehrte Schmidt an die Universität Leiden zurück. Ein Jahr später wurde er von den Wilson- und Palomar-Observatorien eingestellt und war außerordentlicher Professor am Caltech. [3] Zu dieser Zeit verfügte das Palomar-Observatorium über das 200 Zoll (5,08 Meter) große Hale-Teleskop, das damals das größte und leistungsstärkste optische Teleskop der Welt war. In der Astronomie bezieht sich „optisch“ auf sichtbares Licht.

Der Hauptspiegel des Hale-Teleskops in poliertem Zustand im Dezember 1945. Um Gewicht zu sparen, ist seine Rückseite zu einer Wabenstruktur ausgehöhlt. Bildquelle: [4]

Im Jahr 1959 veröffentlichte Schmidt eine Arbeit[5], in der er die Dichte des interstellaren Gases mit der darin stattfindenden Sternentstehungsrate in Zusammenhang brachte. Dieses Ergebnis ist als „Schmidt-Gesetz“ bekannt. Schmidt war zu diesem Zeitpunkt noch keine 30 Jahre alt.

Schmidts Arbeit hatte einen tiefgreifenden Einfluss auf die Theorie der Sternentstehung und wurde bis heute mindestens zweitausend Mal zitiert.

Mysteriöse Radioquellen, mysteriöse „Sterne“

Unter dem Einfluss seines Kollegen, des Radioastronomen Thomas A. Matthews, begann Schmidt, sich mit dem Gebiet der Radioquellen zu beschäftigen. Das sogenannte Radio ist Radio. Als Radioquellen werden Himmelskörper bezeichnet, die Radiostrahlung aussenden.

Seit den 1950er Jahren erlebt die Radioastronomie eine Blütezeit. Radioastronomen haben am Himmel zahlreiche Radioquellen entdeckt. Astronomen der Cambridge-Gruppe haben sie in einer Tabelle zusammengestellt, die sie ständig aktualisieren.

Im Jahr 1959 wurde dieser Sternenkatalog aktualisiert und als „Dritter Cambridge-Katalog der Radioquellen“ veröffentlicht, der berühmte „3C-Katalog“, wobei 3 für die dritte und C für Cambridge steht. Alle Radioquellennummern in der 3C-Tabelle beginnen mit „3C“.

Diese Radioquellen sind für Astronomen von großem Interesse, die sie mit optischen Teleskopen abbilden, um ihre optischen Gegenstücke zu identifizieren.

Im Frühjahr 1960 bestätigte Schmidts Kollege Rudolph Minkowski (1895-1976)[Anmerkung 1], dass 3C 295 in der 3C-Tabelle eine Galaxie war, basierend auf Beobachtungen mit dem Hale-Teleskop. Ihre Rotverschiebung betrug 0,461[6] und war damit doppelt so hoch wie der bisherige Rekordwert für die Rotverschiebung einer Galaxie. Dieser Galaxientyp, der starke Radiostrahlung aussendet, wird als „Radiogalaxie“ bezeichnet.

Im Sommer 1960 wandte sich Matthews an Allan Sandage (1926–2010) und hoffte, dass dieser mit dem Hale-Teleskop die zehn scheinbar kleinen Radioquellen, die er umkreist hatte, beobachten und feststellen könnte, ob es sich dabei um Radiogalaxien handelte. [7]

Alan Sandage. Bildquelle: [8]

Im September 1960 beobachtete Sandage mit dem Hale-Teleskop die 48. Radioquelle in der Tabelle, 3C 48, und entdeckte einen blauen Himmelskörper ähnlich einem Stern der 16. Größenklasse, der von einem kleinen Hauch nebelartiger Materie umgeben war. Sowohl Matthews als auch Sandage waren davon überzeugt, dass es sich um einen beispiellosen „Radiostar“ handelte. [7]

Obwohl ein Stern der 16. Größenklasse 10.000 Mal schwächer leuchtet als der schwächste Stern, den die meisten Menschen sehen können (6. Größenklasse), ist er im „Auge“ des Hale-Teleskops deutlich heller.

Sandage nahm sein Spektrum auf und maß einige der Emissionslinien im Spektrum und stellte fest, dass sie überhaupt nicht mit den Spektrallinien im Labor übereinstimmten. Sandage nutzte das Spektrum von 3C 48, um mit Jesse Greenstein (1909-2002) und anderen zu kommunizieren. Auch Greenstein konnte zu keinem klaren Ergebnis gelangen.

Darüber hinaus haben Sandages fortgesetzte Beobachtungen gezeigt, dass sich die optische Helligkeit von 3C 48 alle 14 Tage um die Hälfte ändert, woraus man schließen kann, dass die Größe seiner Leuchtfläche nur wenige Male so groß ist wie die Größe des Sonnensystems. Dieses Ergebnis bestärkte Sandage in der Überzeugung, dass es sich um einen Star handelte.

Im Jahr 1962 fotografierte Sandage die Position von 3C 273 in der 3C-Tabelle und entdeckte einen hellblauen Stern der Stärke 13, der 16-mal heller ist als 3C 48 mit der Stärke 16. Sandage entdeckte außerdem in der Mitte von 3C 273 einen leuchtenden „dünnen Dorn“, der wie eine nebelartige Substanz aussah. Wir wissen jetzt, dass diese „Spindel“ eigentlich ein Jet ist, der von 3C 273 ausgestoßen wird. [7]

Bild von 3C 273 (zentraler heller Fleck) im sichtbaren Licht, aufgenommen vom WFPC2 des Hubble-Weltraumteleskops („Hubble“). Der säulenförmige Streifen links oben vom zentralen hellen Fleck ist der von ihm ausgesandte Jet, der etwa 200.000 Lichtjahre lang ist. Bildquelle: [9]

Aber Sandage hat nicht gründlich über die Natur dieses „Sterns“ und seiner „Dornen“ nachgedacht (oder es versäumt). Auch war er nicht in der Lage, den genaueren Standort von 3C 273 als Radioquelle zu bestimmen und konnte daher nicht beweisen, dass sich 3C 273 und der „Stern“ der 13. Größenordnung genau an derselben Position befanden.

Womit Sandage nicht gerechnet hatte: Sein Kollege Schmidt würde ihn bald überholen.

Die geniale Idee hinter einem Lineal

Im Herbst 1962 nutzten Cyril Hazard und seine Mitarbeiter die Mondfinsternis von 3C 273, um mithilfe des Parkes-Radioteleskops die genauere Position von 3C 273 zu bestimmen. [10] Anschließend schickten sie den Standort an Matthews, der ihn wiederum an Schmidt weiterleitete.

Hazzard beobachtet in den 1950er Jahren vom Jodrell Bank Observatory aus. Bildquelle: [11]

Schmidt stellte fest, dass der genaue Standort von 3C 273 mit dem genauen Ort übereinstimmte, an dem Sandage den kleinen, hellblauen „Stern“ entdeckt hatte. Dies bedeutet, dass der kleine blaue „Stern“ das optische Gegenstück zu 3C 273 ist. Ein Sturm der Astronomie steht bevor.

Am 27. Dezember 1962 nahm Schmidt mit dem Hale-Teleskop das Spektrum von 3C 273 auf. Aufgrund der Helligkeit wurde der Film bei normaler Belichtungszeit überbelichtet. [12] Schmidt gelang es, das Spektrum sowohl beim zweiten als auch beim dritten Mal zu erhalten.

Schmidt entdeckte, dass das Spektrum von 3C 273 mit neun ziemlich breiten Emissionslinien sehr merkwürdig war. Darunter sind die vier Emissionslinien mit den zentralen Wellenlängen von 323,9 Nanometern, 503,2 Nanometern, 563,2 Nanometern und 579,2 Nanometern besonders bedeutsam. Außerdem wurden zwei Spektrallinien bei 459,5 Nanometern und 475,3 Nanometern identifiziert. Der zentrale Wellenlängenfehlerbereich der anderen drei Spektrallinien ist relativ groß.

Schmidt konnte nicht feststellen, welchem ​​chemischen Element diese Emissionslinien entsprachen. Seitdem hat er viele Male versucht, das Rätsel zu lösen, aber er hat keine Ahnung. Er war zutiefst verzweifelt und wollte irgendwann aufgeben.

Etwa zur gleichen Zeit nahm Schmidts Kollegin Beverley Oke mit dem 100-Zoll-Hooker-Teleskop (254 cm) am Wilson-Observatorium ein Spektrum von 3C 273 auf, das eine starke Emissionslinie im Infrarotbereich mit einer Wellenlänge von 759,0 Nanometern zeigte.

Am Montagnachmittag, dem 5. Februar 1963, kam Schmidt in sein Büro, um weiter über seine Ergebnisse nachzudenken. Als er die Spektralplatte in das Instrument einlegte, erkannte er plötzlich, dass das Verteilungsmuster von drei der von ihm bestätigten Emissionslinien dem der von Oak bestätigten Emissionslinie sehr ähnlich war und auch große Ähnlichkeiten mit mehreren Linien in der Balmer-Linienreihe von Wasserstoff aufwies[Anmerkung 2].

Dann kam Schmidt plötzlich eine Idee, die den Lehren seiner Vorfahren widersprach: Diese Spektrallinien könnten die Emissionslinien von Wasserstoff sein, sie seien jedoch zum roten Ende hin verschoben („rotverschoben“).

Diese scheinbar verrückte Idee begeisterte Schmidt unerklärlicherweise. Er fand sofort einen einfachen Schieber in der Nähe, [7] maß direkt das Ausmaß der Bewegung und stellte sofort fest, dass die Rotverschiebung von 3C 273 0,158 betrug. Das heißt, diese Spektren sind die Spektrallinien von Wasserstoff, mit der Ausnahme, dass ihre Wellenlängen um das 0,158-fache gestreckt sind.

Schmidt machte an seinen Erfolg weiter und bestimmte die Natur aller Emissionslinien mit bestätigten Wellenlängen: Die von Oak fotografierte Linie war die Hα-Linie im Balmer-Liniensystem von Wasserstoff; Vier der sechs Linien, die er selbst bestätigte, waren die Linien Hβ, Hγ, Hδ und Hε. [Anmerkung 3, Anmerkung 4] Die anderen beiden Emissionslinien sind die verbotene Linie des einfach ionisierten Magnesiums (Mg II) und die verbotene Linie des doppelt ionisierten Sauerstoffs ([O III]). [Anmerkung 5]

Das von Schmidt aufgenommene optische Spektrum von 3C 273 (oben) und das Vergleichsspektrum im Labor (Vergleichsspektrum, unten). Blau bedeutet Blau, Rot bedeutet Rot und Rotverschiebung bedeutet Rotverschiebung. Die folgenden Hδ/410 nm, Hγ/434 nm und Hβ/486 nm sind die drei Balmer-Linien von Wasserstoff im Labor und ihre entsprechenden Wellenlängen. Dieselben Symbole oben zeigen ihre rotverschobenen Positionen an. Bildquelle: [13]

Schmidt verließ aufgeregt das Büro. Als er den Flur entlangging, traf er zufällig auf Greenstein. Er erzählte Letzterem sofort von seiner Entdeckung. Greenstein wurde plötzlich klar, dass er sich zuvor vorgestellt hatte, das Spektrum von 3C 48 habe eine signifikante Rotverschiebung, aber er gab diese Idee auf, weil er davon überzeugt war, dass es sich um einen Stern in der Milchstraße handelte. Mit der Bestätigung von Schmidts Arbeit wurde Greenstein zuversichtlicher. Greenstein und Schmidt benötigten nur 5 bis 7 Minuten, um festzustellen, dass die Rotverschiebung von 3C 48 0,37 betrug und damit größer war als die Rotverschiebung von 3C 273.

Der Lärm ihrer Diskussion erschreckte Oak, der herüberkam und fragte, was los sei. Anschließend gingen die drei für die nächsten Stunden ins Büro, um zu diskutieren: Gibt es außer der Rotverschiebungs-Erklärung noch andere Erklärungen? Die Diskussion dauerte bis 18 Uhr, doch keiner der drei konnte eine andere Erklärung finden. [12] Dann dürfte die Erklärung mit der „Rotverschiebung“ die naheliegendste sein.

Nach 18 Uhr beschlossen die drei, Feierabend zu machen. Schmidt war so aufgeregt, dass er nicht sofort nach Hause ging, sondern mit Oak zu Greensteins Haus ging, um zu feiern. Spät in der Nacht kam Schmidt nach Hause und sagte zu seiner Frau: „Im Büro ist etwas Schreckliches passiert.“ [12]

Später erinnerte er sich, dass sein englischer Ausdruck zu diesem Zeitpunkt vielleicht nicht zutreffend gewesen sei[12], aber er habe „terrible“ (schrecklich) gesagt. Vielleicht meinte er damals „erstaunlich“.

Schmidts Entdeckung war wirklich erstaunlich: Aus der Kombination der Entfernung mit der beobachteten Helligkeit konnte berechnet werden, dass die Leuchtkraft von 3C 273 etwa zwei Billionen Mal so groß war wie die der Sonne (moderne Berechnungen gehen von vier Billionen Mal aus), also etwa hundertmal so groß wie die Leuchtkraft der hellsten Radiogalaxie, die zu diesem Zeitpunkt bestätigt wurde. Es war damals wirklich schockierend, dass ein Objekt, das viel kleiner als die Milchstraße war, viel heller als die Galaxie war.

Was genau ist es?

"Der Kern der Galaxie"

Schmidt verfasste bald darauf eine Abhandlung über das Spektrum von 3C 273 und interpretierte die Emissionslinien als um den Faktor 0,158 rotverschobene Wasserstoff-, Magnesium- und Sauerstofflinien. Der in Nature veröffentlichte Artikel trägt den Titel „3C 273: ein Quasiobjekt mit großer Rotverschiebung“. [14]

Tatsächlich wurden in dieser Ausgabe von Nature nacheinander vier eng miteinander verbundene Artikel veröffentlicht. Das erste war das Papier von Hazard et al. Die zweite war die Arbeit von Schmidt, in der er die genaue Position von 3C 273[10] bestimmte, die dritte war die Arbeit von Oak, in der er die Infrarot-Emissionslinien von 3C 273[15] entdeckte, und die vierte war die Arbeit von Greenstein und Matthews, in der sie die Rotverschiebung von 3C 48[16] bestimmten.

In diesem wegweisenden Artikel von weniger als einer Seite berichtete Schmidt über seine Beobachtungen und wies darauf hin, dass es sich bei der Rotverschiebung von 3C 273 im Grunde nicht um eine durch die Schwerkraft der Sterne verursachte „Gravitationsrotverschiebung“, sondern um eine durch die Ausdehnung des Universums verursachte „kosmologische Rotverschiebung“ handele.

Schmidt glaubte, dass 3C 273 der Kern einer Galaxie sei, deren Rotverschiebung 0,158 und deren Geschwindigkeit das 0,158-fache der Lichtgeschwindigkeit oder 47.400 Kilometer pro Sekunde betrug.

Schmidt berechnete, dass 3C 273 etwa 500 Millionen Parsec oder etwa 1,6 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist (der auf Grundlage der modernen Hubble-Konstante berechnete Wert beträgt 2,44 Milliarden Lichtjahre). Schmidt berechnete außerdem, dass der Durchmesser von 3C 273 weniger als 1000 Parsec beträgt (3262 Lichtjahre, 1000 Parsec ist nur eine grobe Schätzung, kein genauer Wert).

Schmidt hat nicht nur die Rotverschiebung von 3C 273 richtig erklärt, sondern auch richtig vermutet, dass es sich dabei um den Kern einer Galaxie handelt, was sein mutiges und fortschrittliches Denken unter Beweis stellt.

Im Jahr 1965 veröffentlichte Schmidt eine weitere wichtige Arbeit, in der er die Entdeckung von fünf neuen Quasaren bekannt gab[17]. Drei von ihnen hatten eine Rotverschiebung von 1 und der am weitesten entfernte eine Rotverschiebung von 2. Er selbst drückte es so aus: „Wir können jetzt leicht sehr hohe Rotverschiebungen [von Quasaren] erreichen, weil diese verdammten Dinger so hell sind.“[6]

Schmidt bei der Spektrenmessung mit einem Mikroskop im Jahr 1965. Bildquelle: [18]

Den Kreis erfolgreich durchbrechen

Es klingt unglaublich, dass ein so kleines Objekt viel leuchtkräftiger sein könnte als extrem massereiche Galaxien, aber es ist durchaus möglich. Daher schockierte Schmidts Entdeckung die gesamte astronomische Gemeinschaft und viele normale Menschen.

Den Menschen ist bewusst geworden, dass es in den Bereichen Kosmologie und Astronomie plötzlich zu gewaltigen Veränderungen gekommen ist. Schmidt wurde in einer Schlacht berühmt. Später erinnerte er sich: „Die Nacht, in der ich die Rotverschiebung entdeckte, war eine großartige Nacht.“[7]

Am 11. März 1966 erschien Schmidt auf dem Cover des Time Magazine. Time verglich Schmidt mit dem großen Physiker und Astronomen Galileo Galilei (1564–1642): So wie der Italiener des 17. Jahrhunderts seine Zeitgenossen als Wissenschaftler und Theologen in Erstaunen versetzte, so verblüffte der Niederländer des 20. Jahrhunderts auch andere seiner Zeitgenossen.

Schmidt erschien am 11. März 1966 auf dem Cover des Time-Magazins, weil er Quasare bestätigt hatte. Bildquelle: [19]

Mit Hilfe des Time Magazine gelang es Schmidt, den Kreis der Berühmtheiten zu durchbrechen und ihn zum Liebling der Medien und einer Berühmtheit zu machen.

Die Astronomen nannten diese mysteriösen Objekte damals „quasi-stellare Radioquellen“ oder „quasi-stellare Objekte“ (QSOs). Im Jahr 1964 war Hong-Yee Chiu (1932- ) der Meinung, dass die Formulierung „quasi-stellare Radioquelle“ in einem Artikel [20] zu lang sei, und nannte sie daher einfach „Quasar“, was wörtlich „ähnlicher Stern“ bedeutet. In einheimischen Astronomiebüchern wird es jedoch auch als „Quasar“ übersetzt.

Im Jahr 1965 entdeckte Sandage, nachdem er zuvor kläglich gescheitert war, zum ersten Mal einen Quasar, der keine Radiostrahlung aussendet („Radioruhe“). [21] Untersuchungen zeigen, dass 90 % der Quasare radioruhig sind. Quasare enthalten daher quasi-stellare Radioquellen.

Danach suchte und beobachtete Schmidt weiterhin nach Quasaren und leistete wichtige Beiträge zur Bestätigung, Zählung, Statistik, räumlichen Verteilung, Entwicklung, Rotverschiebungs-Distanz-Beziehung und anderen Fragen im Zusammenhang mit Quasaren. So stellte er beispielsweise fest, dass die Rate der Quasarproduktion im Universum bei einer Rotverschiebung von etwa 2,5 am größten ist.

Rotverschiebung und das Geheimnis der Energie

Etwa ein Jahrzehnt nach der Entdeckung der Quasare wurde über ihre Entfernung und Energiequelle diskutiert. Schmidt und andere glaubten, dass ihre Rotverschiebung eine „kosmologische Rotverschiebung“ sei und es sich daher um sehr weit entfernte und helle Himmelskörper handele; andere Astronomen widersprachen der Ansicht des ersteren.

Trotzdem dominiert noch immer die Ansicht der „kosmologischen Rotverschiebung“. Dies wirft unweigerlich eine weitere Frage auf: Wie lässt sich ihre hohe Leuchtkraft erklären?

Im Jahr 1964 schlugen Edwin Salpeter (1924-2008) und Yakov Zel'dovich (1914-1987) vor [22-23], dass das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie die umgebende Materie verschlingt und die Teilchen im Inneren der Materie aneinander reiben und so Wärme erzeugen, die die Materie aufheizt, was die hohe Leuchtkraft von Quasaren erklären kann.

Im Jahr 1969 entwickelte Donald Lynden-Bell (1935–2018), der Postdoktorand bei Schmidt gewesen war, diese Theorie weiter und schlug vor, dass supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien häufig vorkommen und dass nahegelegene Galaxien, die starke Strahlung aussenden, alte/tote Quasare sind. [24] Lynden-Bell wies darauf hin, dass es keinen wesentlichen Unterschied zwischen gewöhnlichen Galaxien, Seyfert-Galaxien und Quasaren gibt, abgesehen von der Aktivität der supermassereichen Schwarzen Löcher in ihren Zentren und den umgebenden Materiescheiben.

Künstlerische Darstellung eines Quasars. Bildquelle: [25]

Allerdings war das Modell der Schwarzen Löcher damals nicht überzeugend genug, da die meisten Astronomen und Physiker nicht an die Existenz Schwarzer Löcher glaubten. Daher herrschte in den 1960er Jahren noch immer kein Konsens über die Rotverschiebung und die Energie von Quasaren.

Trotzdem sind sich Astronomen und Physiker einig, dass Quasare, selbst wenn sie nicht das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen Schwarzen Löchern und der umgebenden Materie sind, wahrscheinlich mit einigen besonderen physikalischen Prozessen im Zentrum der Galaxie zusammenhängen.

Um Quasare mithilfe des Schwarzlochmodells erklären zu können, begannen theoretische Physiker, die Theorie der Schwarzen Löcher ernster zu nehmen, und auch Astronomen suchten mit Begeisterung nach Beweisen für die Existenz Schwarzer Löcher.

Daher hat die Entdeckung und Erforschung von Quasaren selbst in den etwas chaotischen 1960er Jahren die Entwicklung der Astronomie und der theoretischen Physik enorm vorangetrieben.

Eindeutige Beweise

Die einfachste und wirksamste Methode, um schlüssig festzustellen, ob ein Quasar der helle Kern einer Galaxie ist, besteht darin, nach der Galaxie zu suchen, in der er sich befindet. Wenn sich durch Beobachtungen Beweise dafür finden ließen, dass ein Quasar im Zentrum einer Galaxie eingebettet ist, würde Schmidts Idee natürlich bestätigt.

Im Jahr 1973 fotografierte Jerome Kristian mit dem Hale-Teleskop 26 Quasare und stellte fest, dass einige von ihnen eindeutig in den Zentren einiger Galaxien eingebettet waren. Dies unterstützt Schmidts Annahme, dass Quasare die Kerne von Galaxien sind, nachdrücklich. Gegner könnten jedoch immer noch argumentieren, dass es sich bei diesen Überschneidungen möglicherweise nur um zufällige Sichtveränderungen handelt.

Im Jahr 1982 entdeckten Todd A. Boroson und Oak eine Galaxie um den Quasar 3C 48 und bestätigten, dass die Rotverschiebung dieser Galaxie dieselbe war wie die von 3C 48. Dies ist ein direkter Beweis dafür, dass die Rotverschiebung von Quasaren tatsächlich der wahren kosmologischen Rotverschiebung entspricht.

Quasare sind die Kerne von Galaxien. Schmidts Genie hatte recht.

Nachfolgende Beobachtungen bestätigten Schmidts Ideen weiterhin. Nachdem beispielsweise das Licht von 3C 273 mithilfe des Koronographen blockiert wurde, konnte Hubbles ACS die Materie daneben deutlich erfassen, also die Galaxie, in der sich 3C 273 befindet. Dies ist ein eindeutiger Beweis dafür, dass 3C 273 der Kern einer Galaxie ist. Beispielsweise sind auf dem Bild des Quasars 0316-346, das mit Hubbles WFPC2 aufgenommen wurde, die ihn umgebenden Galaxien deutlich zu erkennen.

Hubbles ACS-Bild von galaktischem Material in der Nähe von 3C 273 (links) und Hubbles optisches WFPC2-Bild des Quasars 0316-346. Im Bild links wurde das Licht des Quasars durch einen Koronographen blockiert, wodurch das umgebende galaktische Material leichter sichtbar wird. Bildquellen: [26] (links); [27] (rechts).

Obwohl es immer noch einige berühmte Astronomen wie Halton Arp (1927–2013) gibt, die diese eisernen Tatsachen ignorieren und weiterhin darauf beharren, dass die Rotverschiebung von Quasaren nicht der kosmologischen Rotverschiebung entspricht, können sie die hieb- und stichfesten Beweise der Beobachtungen nicht erschüttern.

Zusätzlich zu den hieb- und stichhaltigen Beweisen der Rotverschiebung. Auch in Energiefragen wurden Durchbrüche erzielt. Auf indirektem Wege haben Astronomen bewiesen, dass es im Zentrum von Galaxien tatsächlich schwarze Löcher gibt. In den letzten Jahren haben Radioteleskop-Arrays direkte Bilder von M87 und dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße aufgenommen.

Akademische Auszeichnungen

1964 wurde Schmidt zum Professor am Caltech befördert.

Von 1972 bis 1975 war er Vorsitzender der Astronomieabteilung am Caltech. Von 1976 bis 1978 war er Vorsitzender der Mathematik- und Astronomiegruppe am Caltech.

Von 1978 bis 1980 war er Direktor der Hale Observatories, die zuvor in Wilson and Palomar Observatories umbenannt worden waren. Da es zwischen dem Wilson-Observatorium und dem Palomar-Observatorium immer wieder zu Meinungsverschiedenheiten gekommen war, beschloss Schmidt 1980, das Hale-Observatorium aufzulösen und es in seine beiden ursprünglichen, unabhängigen Einheiten zurückzuversetzen. Damit wurde er der letzte Direktor des Hale-Observatoriums.

1996 ging Schmidt ehrenvoll in den Ruhestand. Dennoch führte er etwa ein Jahrzehnt lang weiterhin seine Forschungen durch und veröffentlichte Artikel.

Seit 1964 hat Schmidt zahlreiche wichtige Auszeichnungen für seine bedeutenden Beiträge zur Identifizierung von Quasaren und zum menschlichen Verständnis ihrer verschiedenen wichtigen Eigenschaften erhalten. Zu diesen Auszeichnungen gehören der Warner-Preis 1964, die Norris Russell-Vorlesung 1978, die Goldmedaille der Royal Astronomical Society 1980, die James Craig Watson-Medaille 1991, die Bruce-Medaille 1992 und der erstmals verliehene Kavli-Preis für Astrophysik 2008 (gemeinsam mit Lyndon Bell).

2008 erhielten Schmidt (links) und Lyndon Bell (rechts) den ersten Kavli-Preis für Astrophysik. Bildquelle: [28]

Romantische Gefühle und starker Wille

Quasare gelten als eine der „Vier großen Entdeckungen“ der 1960er Jahre. Die anderen drei sind: Mikrowellen-Hintergrundstrahlung, Pulsare und interstellare Moleküle.

Auf dem Mount Palomar, wo es überall Spitzenspieler gab und die Konkurrenz extrem hart war, nutzte Schmidt mit seiner scharfen Intuition und seinen professionellen Qualitäten die flüchtige Gelegenheit und hatte das Glück, als erster Mensch einen Quasar bestätigen zu können.

Seitdem hat die Menschheit immer mehr Quasare entdeckt und ihre Rotverschiebungswerte haben immer wieder Rekorde gebrochen. Im Jahr 2021 entdeckten Astronomen den Quasar J0313–1806 und maßen seine Rotverschiebung von bis zu 7,64. Zu diesem Zeitpunkt war das Universum erst 670 Millionen Jahre alt (das Alter des Universums liegt zwischen 13,8 und 14 Milliarden Jahren). Dieser Datensatz wird in Zukunft schnell aktualisiert.

Auf dem Höhepunkt seiner Karriere fuhr Schmidt nach Einbruch der Dunkelheit mit dem Aufzug in den „Käfig“ im Hauptfokus des Hale-Teleskops. nachdem der Aufzug weggefahren war, begann er die ganze Nacht mit der Beobachtung.

Das Hale-Teleskop ist noch in Betrieb. Bildquelle: [29]

In etwas kühlen Nächten weigerte er sich, zusätzliche Kleidung anzuziehen, um sich warm zu halten, weil er glaubte, dass ein wenig Leiden in der kalten Nacht das Sternegucken romantischer machen würde. Er verband seine romantischen Gefühle mit seinem starken Willen. [Anmerkung 8]

Unter den bisher fast einer Million entdeckten Quasaren nimmt der von Schmidt bestätigte Quasar 3C 273 eine Sonderstellung ein: Er ist nicht nur der erste bestätigte Quasar, sondern auch der einzige, der mit einem kleinen Teleskop beobachtet werden kann, da er relativ nahe (obwohl er nicht der nächstgelegene Quasar ist) und extrem hell ist.

Schmidt. Bildquelle: [3]

In seiner über 50-jährigen akademischen Karriere leistete Schmidt mit seinem außergewöhnlichen Talent, seiner ausgeprägten Intuition, seinem fortschrittlichen Denken, seinen romantischen Gefühlen und seinem unerschütterlichen Willen herausragende Beiträge zur menschlichen Erforschung des Universums und erlangte auch die ihm gebührenden Auszeichnungen.

Er kann in Frieden ruhen.

Schmidt. Bildquelle: [3]

Hinweise

[Anmerkung 1] Sein Onkel war der berühmte Mathematiker Hermann Minkowski (1864–1909), der große Beiträge zur Relativitätstheorie leistete.

[Anmerkung 2] Die Balmer-Linien von Wasserstoff sind Spektrallinien, die emittiert werden, wenn Wasserstoffelektronen von einem höheren Energieniveau auf ein zweites Energieniveau übergehen.

[Anmerkung 3] Die Linien Hα, Hβ, Hγ, Hδ und Hε sind Spektrallinien, die emittiert werden, wenn Elektronen in Wasserstoffatomen vom 3., 4., 5., 6. und 7. Energieniveau zum 2. Energieniveau übergehen. Ihre Wellenlängen betragen 656,3, 486,1, 434,1, 410,2 und 397,0 Nanometer. Ihre Farben sind Rot, Cyan, Blau, Violett und Ultraviolett (farblos). Da sie jedoch um das 0,158-fache rotverschoben sind, ergeben sich daraus die Werte 759,0 Nanometer, 563,2 Nanometer, 503,2 Nanometer, 475,3 Nanometer und 459,5 Nanometer.

[Anmerkung 4] Manche Leute glauben, dass diese Spektrallinien tatsächlich mit Emissionslinien dotiert sind, die durch den Übergang von Elektronen in einmal ionisiertem Helium entstehen. Denn wenn die Elektronen im einmal ionisierten Helium vom 6., 8. und 10. Energieniveau zum 4. Energieniveau übergehen, betragen die Wellenlängen der emittierten Spektrallinien 656,0 nm, 485,9 nm und 433,9 nm, was jeweils den Wellenlängen der Linien Hα, Hβ und Hγ entspricht. Unabhängig davon, ob es sich um Wasserstoff, Helium oder eine Mischung aus Wasserstoff und Helium handelt, ist die Tatsache, dass sie rotverschoben sind, der Kern der Sache. Schmidts Erklärung wird dadurch nicht berührt.

[Anmerkung 5] Verbotene Linien sind Linien, die in Labors auf der Erde nicht erzeugt werden können, in der verdünnten Materie des Weltraums jedoch schon. Um verbotene Zeilen anzuzeigen, werden eckige Klammern verwendet.

[Anmerkung 6] Originaltext: Wir könnten jetzt leicht zu sehr großen Rotverschiebungen gelangen, weil diese verdammten Dinger so hell sind.

[Anmerkung 7] Originaltext: In der Nacht, als ich die Rotverschiebung entdeckte, war das eine fantastische Aussicht, ...

[Anmerkung 8] Romantik bedeutet natürlich nicht Dummheit. Bei großer Kälte trägt er dennoch elektrisch beheizte Kleidung.

Referenzen/Bildquellen

[1] http://phys-astro.sonoma.edu/brucemedalists/maarten-schmidt

[2] https://www.nytimes.com/2022/09/22/science/space/maarten-schmidt-dead.html

[3] https://www.caltech.edu/about/news/caltech-mourns-the-passing-of-maarten-schmidt-1929-2022

[4] Paul Calvert, Los Angeles Times

[5] Schmidt, M., Die Rate der Sternentstehung, 1959, ApJ, 129, 243

[6] Minkowski, R., Ein neuer entfernter Galaxienhaufen, 1960, ApJ, 132, 908

[7] Dennis O., Lonely Hearts of the Cosmos, 1991, Little, Brown and Company, ISBN-13: 9780316648967

[8] Nachlass von F. Bello/SPL

[9] ESA/Hubble & NASA

[10] Hazard, C., Mackey, MB, & Shimmins, AJ Untersuchung der Radioquelle 3C 273 mit der Methode der Mondbedeckungen, 1963, Nature, 197, 1037

[11] Miller Goss

[12] https://www.caltech.edu/about/news/fifty-years-quasars-38937

[13] https://www.parkes.atnf.csiro.au/people/sar049/3C 273/

[14] Schmidt, M. 3C 273: Ein sternähnliches Objekt mit großer Rotverschiebung, 1963, Nature, 197, 1040

[15] Oke, JB Absolute Energieverteilung im optischen Spektrum von 3C 273, 1963Nature, 197, 1040

[16] Greenstein, JL & Matthews, TA Rotverschiebung der ungewöhnlichen Radioquelle: 3C 48, 1963, Nature, 197, 1041

[17] Schmidt, M. Große Rotverschiebungen von fünf quasi-stellaren Quellen, 1965, ApJ, 141, 1295

[18] Caltech-Archiv

[19] Time Inc

[20] Chiu, Hong-Yee. Gravitationskollaps, Physics Today, 17, 5, 21

[21] Sandage, A. Die Existenz eines wichtigen neuen Bestandteils des Universums: die quasistellaren Galaxien, 1965, ApJ, 141, 1560

[22] Salpeter, EE Akkretion interstellarer Materie durch massive Objekte, 1964ApJ, 140, 796

[23] Zel'dovich, Ya. B. 1964, Dokl. Akad. Nauk SSSR, 155, 67 (auch 158, 811)

[24] Lynden-Bell, D. Galaktische Kerne als kollabierte alte Quasare, 1969, Nature, 223, 690

[25] ESO/M. Kornmesser

[26] NASA, A. Martel (JHU), H. Ford (JHU), M. Clampin (STScI), G. Hartig (STScI), G. Illingworth (UCO/Lick Observatory), das ACS Science Team und die ESA

[27] John Bahcall, Mike Disney und NASA/ESA

[28] https://www.kavliprize.org/prizes/astrophysics/2008

[29] Palomar/Caltech

Produziert von: Science Popularization China

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