Was bewirkt, dass sich ein Monster-Schwarzes Loch im Herzen einer Galaxie einschaltet und stark strahlt? Europäische Astronomen schlagen neben Galaxienkollisionen einen Grund vor.
In einer überraschenden Ankündigung am heutigen Tag (13. Juli) teilte die Europäische Südsternwarte mit, dass Monster-Schwarze Löcher - diese Riesen von Millionen oder Milliarden von Sonnenmassen, von denen angenommen wird, dass sie im Herzen der meisten Galaxien lauern - einen Mechanismus haben, um aktiv zu werden außer Galaxienkollisionen.
Zuvor wurde angenommen, dass Galaxienkollisionen dazu führen, dass supermassereiche Schwarze Löcher umgebendes Gas, Staub und Sterne anzusaugen beginnen - was heftige Ausbrüche im Kern einer Galaxie auslöst - und den Übergang von einer ruhigen Galaxie wie unserer Milchstraße zu einer aktiven Galaxie markieren. Hier ist, was ESO gesagt hat.
Eine neue Studie, die Daten aus dem Very Large Telescope von ESO und dem XMM-Newton-Röntgenobservatorium der ESA kombiniert, ist überraschend. Die meisten der riesigen Schwarzen Löcher in den Zentren von Galaxien in den letzten 11 Milliarden Jahren wurden nicht durch Fusionen zwischen Galaxien aktiviert, wie zuvor angenommen worden war.
Diese Schlussfolgerung resultiert aus einer neuen Studie von mehr als 600 aktiven Galaxien in einem Himmelsfleck namens COSMOS-Feld. Intensive Untersuchungen dieser Region zeigen, wie wahrscheinlich es ist, dass die Kerne von Galaxien und ihre lauernden Schwarzen Löcher aufgrund von Prozessen - wie Bandscheibeninstabilitäten und Sternexplosionen - innerhalb der einzelnen Galaxien selbst aktiv werden. Die Ergebnisse der Studie erscheinen in einer Juli 2011 Ausgabe von Das astrophysikalische Tagebuch.
Die Galaxie NGC 4945 ist ein Beispiel für eine Galaxie mit einem aktiven Kern. Bildnachweis: ESO / IDA et al
NGC 5256, auch als Markarian 266 bekannt, ist ein bemerkenswertes Beispiel für zwei Scheibengalaxien, die kurz vor der Verschmelzung stehen und jeweils einen aktiven galaktischen Kern aufweisen. Eine neue Studie legt nahe, dass die aktiven Kerne nicht durch die Fusion, sondern durch Prozesse in jeder Galaxie ausgelöst wurden. Bildnachweis: NASA / ESA et al
Das COSMOS-Feld ist etwa zehnmal so groß wie der Vollmond im Sternbild der Sextaner. Es ist einer der am besten untersuchten Teile des Himmels mit Teleskopen am Boden und im Weltraum. Bildnachweis: ESO, IAU, Sky und Telescope
In vielen Galaxien, einschließlich unserer eigenen Milchstraße, ist das zentrale Schwarze Loch ruhig. In einigen Galaxien, vor allem in der frühen Geschichte des Universums, in denen Galaxien eng zusammengepackt waren, wird angenommen, dass das zentrale Schwarze Loch von Material gefressen wird, das intensive Strahlung abgibt, wenn es in das Schwarze Loch fällt.
Der Prozess, der ein schlafendes Schwarzes Loch aktiviert - seine Galaxie von ruhig in aktiv umwandelt -, war in der Astronomie ein Rätsel. Was löst die gewaltsamen Ausbrüche im Zentrum einer Galaxie aus, die dann zu einem aktiven galaktischen Kern wird? Bisher dachten viele Astronomen, dass die meisten dieser aktiven Kerne angeschaltet waren, als zwei Galaxien verschmolzen oder als sie nahe beieinander vorbeigingen und das zerstörte Material zu Brennstoff für das zentrale Schwarze Loch wurde. Die Ergebnisse der neuen Studie deuten darauf hin, dass diese Idee für viele aktive Galaxien falsch sein könnte.
Sichtbares Weitfeldbild des COSMOS-Feldes, gekennzeichnet durch ein blaues Quadrat. Bildnachweis: ESO und Digitized Sky Survey 2, Davide De Martin
Einige der in der neuen Studie verwendeten aktiven Galaxien mit supermassiven Schwarzen Löchern im Zentrum sind auf diesem Bild des COSMOS-Feldes mit roten Kreuzen markiert. Bildnachweis: CFHT / IAP / Terapix / CNRS / ESO
Um aktive Galaxien genauer zu betrachten, konzentrierten sich die Astronomen auf ein Himmelsfeld namens COSMOS-Feld - eine Fläche, die etwa zehnmal so groß ist wie die des Vollmonds im Sternbild der Sextanen (Der Sextant). Astronomen haben eine Vielzahl von Teleskopen verwendet, um sie bei verschiedenen Wellenlängen abzubilden, sodass eine Reihe von Studien und Untersuchungen von dieser Fülle von Daten profitieren können.
Das Vorhandensein von aktiven galaktischen Kernen wird durch Röntgenstrahlen gezeigt, die rund um das Schwarze Loch emittiert werden. Marcella Brusa, eine der Autoren der Studie, sagte:
Es hat mehr als fünf Jahre gedauert, aber wir konnten eines der größten und vollständigsten Inventare aktiver Galaxien am Röntgenhimmel bereitstellen.
Das Team stellte fest, dass sich aktive Kerne hauptsächlich in massereichen Galaxien mit viel dunkler Materie befinden. Dies war eine Überraschung und entsprach nicht den theoretischen Vorhersagen - wenn die meisten aktiven Kerne eine Folge von Zusammenschlüssen und Kollisionen zwischen Galaxien waren, dann sollten sie in Galaxien mit mäßiger Masse (ungefähr einer Billion mal der Masse der Sonne) gefunden werden. Das Team stellte jedoch fest, dass sich die meisten aktiven Kerne in Galaxien befinden, deren Masse etwa 20-mal größer ist, als es die Fusionstheorie vorhersagt.
Arbeiten, die im letzten Jahr vom Hubble-Weltraumteleskop der NASA / ESA veröffentlicht wurden, hatten gezeigt, dass in einer Stichprobe von relativ nahen Galaxien keine starke Verbindung zwischen aktiven Kernen in Galaxien und Fusionen besteht. Diese Studie blickte auf acht Milliarden Jahre in die Vergangenheit zurück, aber die neue Arbeit drängt diese Schlussfolgerung drei Milliarden Jahre weiter in eine Zeit, in der Galaxien noch enger beieinander gepackt waren.
Viola Allevato, Hauptautorin des Papiers, sagte:
Diese neuen Ergebnisse geben uns einen neuen Einblick, wie supermassereiche Schwarze Löcher ihre Mahlzeiten beginnen. Sie deuten darauf hin, dass schwarze Löcher normalerweise durch Prozesse innerhalb der Galaxie selbst gespeist werden, wie etwa durch Bandscheibeninstabilitäten und Sternexplosionen, im Gegensatz zu Kollisionen mit Galaxien.
Alexis Finoguenov, der die Arbeit beaufsichtigte, kam zu dem Schluss:
Selbst in der fernen Vergangenheit, vor fast 11 Milliarden Jahren, können Galaxienkollisionen nur einen geringen Prozentsatz der mäßig hellen aktiven Galaxien ausmachen. Zu dieser Zeit waren die Galaxien näher beieinander, so dass Fusionen häufiger zu erwarten waren als in der jüngeren Vergangenheit. Umso überraschender sind die neuen Ergebnisse.
In diesem tiefen Bild des COSMOS-Feldes sind sehr viele sehr schwache Galaxien zu sehen. Bildnachweis: CFHT / IAP / Terapix / CNRS / ESO
Fazit: Selbst im frühen Universum, als Galaxien dicht beieinander gepackt waren, waren Kollisionen wahrscheinlich nicht dafür verantwortlich, supermassereiche Schwarze Löcher anzuschalten und dadurch aktive galaktische Kerne zu erzeugen, wie eine Studie von Astronomen des Europäischen Südsternwarte ergab, die mehr als 600 genau untersuchten aktive Galaxien in einem Fleckchen Himmel, dem sogenannten COSMOS-Feld. Die Ergebnisse ihrer Studie erscheinen in einer Juli 2011 Ausgabe von Das astrophysikalische Tagebuch.