Markarian 1018: Hunger schwächt aktiven galaktischen Kern ab

VLT-Aufnahme der Galaxie Markarian 1018 (links) und Chandra-Bild ihrer Zentralregion (rechts). (X-ray: NASA / CXC / Univ of Sydney / R.McElroy et al, Optical: ESO / CARS Survey)
VLT-Aufnahme der Galaxie Markarian 1018 (links) und Chandra-Bild ihrer Zentralregion (rechts). (X-ray: NASA / CXC / Univ of Sydney / R.McElroy et al, Optical: ESO / CARS Survey)

Astronomen könnten das Rätsel des besonders unbeständigen Verhaltens eines supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie gelöst haben. Kombinierte Daten des Chandra X-ray Observatory und anderer Observatorien sprechen dafür, dass dem Schwarzen Loch nicht mehr genug Materie zugeführt wird, um seine Umgebung hell aufleuchten zu lassen.

Viele Galaxien besitzen einen extrem hellen Kern oder Nukleus, versorgt durch Materie, die auf ein supermassives Schwarzes Loch zustürzt. Diese sogenannten aktiven galaktischen Kerne (active galactic nuclei, AGN) gehören zu den hellsten Objekten im Universum.

Astronomen klassifizieren aktive galaktische Kerne in zwei Haupttypen, basierend auf den Eigenschaften des von ihnen emittierten Lichts. Ein Typ neigt dazu, heller als der andere zu sein. Im Allgemeinen wird angenommen, dass die Helligkeit mit zwei Faktoren zusammenhängt und entweder von einem oder von beiden Faktoren abhängt: Der aktive galaktische Kern könnte durch Gas und Staub in der Umgebung verdunkelt werden, oder er könnte selbst schwach sein, weil die Akkretionsrate des supermassiven Schwarzen Lochs gering ist.

Bei manchen aktiven galaktischen Kernen wurde im Verlauf von nur zehn Jahren ein Wechsel zwischen diesen beiden Typen beobachtet – das ist in astronomischen Maßstäben betrachtet nur ein Augenblick. Der aktive galaktische Kern in der Galaxie Markarian 1018 ist allerdings etwas Besonderes, weil er seinen Typ zweimal änderte: von schwach zu hell in den 1980er Jahren und dann wieder zurück zu einem schwachen AGN innerhalb der letzten fünf Jahre.

Bei einer Handvoll aktiver galaktischer Kerne wurde dieser komplette Kreislauf beobachtet, aber nie zuvor wurde so detailliert untersucht. Während des zweiten Typwechsels wurde der aktive galaktische Kern von Markarian 1018 zwischen 2010 und 2016 im Röntgenbereich achtmal schwächer. (Anm. d. Red.: Markarian 1018 liegt rund 590 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Cetus (Walfisch).)

Nach der Entdeckung der launischen Natur dieses aktiven galaktischen Kerns im Rahmen eines Himmelsdurchmusterungsprojekts am Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO), baten Astronomen um Beobachtungszeit für die Weltraumteleskope Chandra und Hubble, die sie auch erhielten. Die Grafik zeigt den aktiven galaktischen Kern in optischem Licht, aufgenommen vom VLT (links). Rechts ist ein Chandra-Bild der Zentralregion der Galaxie im Röntgenbereich zu sehen, das die Punktquelle des aktiven galaktischen Kerns markiert.

Daten von bodenbasierten Teleskopen, darunter dem VLT, ermöglichten den Forschern, ein Szenario auszuschließen, laut dem der Helligkeitsanstieg des aktiven galaktischen Kerns entsteht, als das Schwarze Loch einen Stern zerstörte und verschlang. Die VLT-Daten werfen auch Zweifel auf die Möglichkeit, dass Veränderungen bei der Verdunklung durch Gas in der Sichtlinie die Helligkeitsveränderungen des AGN hervorruft.

Der wahre Mechanismus, der für die überraschenden Veränderungen des AGN verantwortlich ist, blieb allerdings ein Rätsel, bis die Chandra- und Hubble-Daten analysiert waren. Chandra-Beobachtungen in den Jahren 2010 und 2016 zeigten schlüssig, dass die Verdunklung durch Gas in der Sichtlinie nicht verantwortlich für den Rückgang der Helligkeit war. Stattdessen besagten Modelle des optischen und ultravioletten Lichts, welches von Hubble, GALEX (Galaxy Evolution Explorer) und dem Sloan Digital Sky Survey während der starken und schwachen Zeiten registriert wurde, dass der AGN schwächer wurde, weil es dem Schwarzen Loch an einfallender Materie mangelte. Das Hungern erklärt auch das Abschwächen des AGN im Röntgenbereich.

Eine mögliche Erklärung für das Hungern ist, dass der Strom aus einfallender Materie unterbrochen wurde. Diese Unterbrechung könnte durch Interaktionen mit einem zweiten supermassiven Schwarzen Loch in dem System verursacht worden sein. Ein Doppelsystem aus zwei Schwarzen Löchern ist möglich, weil die Galaxie das Produkt einer Kollision und Verschmelzung von zwei großen Galaxien ist, von denen jede wahrscheinlich ein supermassives Schwarzes Loch in ihrem Zentrum enthielt. Zu den Observatorien, die für diese Studien genutzt wurden, gehören außerdem das Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) der NASA und der Swift-Satellit.

Zwei Abhandlungen von Bernd Husemann (vorher bei der ESO und derzeit am Max-Planck Institut für Astronomie) und Rebecca McElroy (University of Sydney) beschreiben die Ergebnisse. Sie erschienen in der September-Ausgabe des Journals Astronomy & Astrophysics.

Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) leitet das Chandra-Programm für das Science Mission Directorate in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge (Massachusetts) steuert Chandras Wissenschafts- und Flugoperationen.

Abhandlungen:
The Close AGN Reference Survey (CARS) – What is causing Mrk1018’s return to the shadows after 30 years?” von Husemann et al.
The Close AGN Reference Survey (CARS) – Mrk 1018 returns to the shadows after 30 years as a Seyfert 1” von McElroy et al.

Quelle

(THK)

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