NuSTAR beobachtet eine rätselhafte Galaxienverschmelzung

Optische Aufnahme des Systems Was 49, das aus einer großen Spiralgalaxie namens Was 49a besteht, die mit einer viel kleineren Zwerggalaxie namens Was 49b verschmilzt. (Credits: DCT / NRL)
Optische Aufnahme des Systems Was 49, das aus einer großen Spiralgalaxie namens Was 49a besteht, die mit einer viel kleineren Zwerggalaxie namens Was 49b verschmilzt. (Credits: DCT / NRL)

Ein supermassives Schwarzes Loch innerhalb einer winzigen Galaxie stellt die wissenschaftlichen Theorien darüber infrage, was bei der Verschmelzung zweier Galaxien geschieht. Was 49 ist der Name eines Systems, das aus einer großen Spiralgalaxie (Was 49a) besteht, die mit einer viel kleineren Zwerggalaxie (Was 49b) verschmilzt. Die Zwerggalaxie rotiert innerhalb der Scheibe der größeren Galaxie, etwa 26.000 Lichtjahre von deren Zentrum entfernt.

Dank der Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuStar) Mission der NASA haben Wissenschaftler festgestellt, dass die Zwerggalaxie im hochenergetischen Röntgenbereich so hell leuchtet, dass sie ein supermassives Schwarzes Loch beherbergen muss, welches viel größer und energiereicher ist als erwartet.

“Dies ist ein völlig einzigartiges System und widerspricht dem, was wir über Verschmelzungen von Galaxien wissen”, sagte Nathan Secrest, Hauptautor der Studie und Postdoktorand am U.S. Naval Research Laboratory in Washington. Daten von NuStar und dem Sloan Digital Sky Survey lassen darauf schließen, dass die Masse des Schwarzen Lochs in der Zwerggalaxie verglichen mit ähnlich großen Galaxien riesig ist: Sie beträgt mehr als zwei Prozent der Gesamtmasse der Galaxie.

“Wir dachten nicht, dass Zwerggalaxien so große supermassive Schwarze Löcher beherbergen”, sagte Secrest. “Dieses Schwarze Loch könnte hunderte Male massereicher sein, als wir bei einer Galaxie dieser Größe erwarten würden, abhängig davon, wie sich die Galaxie in Bezug zu anderen Galaxien entwickelte.”

Das Schwarze Loch in der Zwerggalaxie ist die Energiequelle eines aktiven galaktischen Kerns (active galactic nucleus, AGN). Dabei handelt es sich um ein kosmisches Phänomen, bei dem extrem energiereiche Strahlungsausbrüche stattfinden, während ein Schwarzes Loch Gas und Staub verschlingt. Dieser besondere aktive galaktische Kern scheint von einer donutförmigen Struktur aus Gas und Staub verdeckt zu sein. Die NASA-Missionen Swift und Chandra wurden verwendet, um die Röntgenemissionen genauer zu untersuchen.

Wenn zwei Galaxien zu verschmelzen beginnen, wird das zentrale Schwarze Loch der größeren Galaxie normalerweise aktiv: Es verschluckt Gas und Staub und produziert hochenergetische Röntgenstrahlung, wenn die Materie in Energie umgewandelt wird. Das liegt daran, dass sich die Galaxien einander annähern und ihre gravitativen Wechselwirkungen Gas in das zentrale Schwarze Loch der größeren Galaxie kanalisieren. Aber in diesem Fall beherbergt die kleinere Galaxie einen viel helleren aktiven galaktischen Kern mit einem aktiveren supermassiven Schwarzen Loch, und das zentrale Schwarze Loch der größeren Galaxie ist relativ ruhig.

Ein optisches Bild des Systems Was 49, bestehend aus Beobachtungen des Discovery Channel Telescope in Happy Jack (Arizona), nutzt die gleichen Farbfilter wie der Sloan Digital Sky Survey. Weil Was 49 so weit entfernt liegt, sind diese Farben optimiert, um hochionisierte Gasemissionen von normalem Sternlicht (grün) zu unterscheiden. Dazu zählt beispielsweise die pinkfarbene Region um das supermassive Schwarze Loch. Das erlaubte den Astronomen, die Größe der Zwerggalaxie, die das supermassive Schwarze Loch enthält, genauer zu bestimmen.

Die pinkfarbenen Emissionen fallen auf einem neuen Bild wegen der intensiven ionisierenden Strahlung aus dem energiereichen aktiven galaktischen Kern auf. Im Innern dieser stark ionisierten Region liegt eine Gruppe schwacher Sterne, von der man annimmt, dass sie zu der Galaxie gehören, die das enorme Schwarze Loch umgibt. Diese verblüffenden Strukturen befinden sich in den Randgebieten der viel größeren Spiralgalaxie Was 49a, die auf dem Bild wegen der Entfernung der Galaxie und wegen der genutzten optischen Filter grünlich erscheint.

Wissenschaftler versuchen nach wie vor herauszufinden, warum das supermassive Schwarze Loch in der Zwerggalaxie Was 49b so groß ist. Es könnte schon groß gewesen sein, bevor die Verschmelzung begann, oder es könnte während der Frühphase der Verschmelzung gewachsen sein.

“Diese Untersuchung ist wichtig, weil sie neue Einblicke in die Art und Weise geben könnte, wie supermassive Schwarze Löcher in solchen Systemen entstehen und wachsen”, sagte Secrest. “Durch die Erforschung von Systemen wie diesem könnten wir Hinweise darauf finden, wie das supermassive Schwarze Loch in unserer eigenen Galaxie entstand.” In mehreren hundert Millionen Jahren werden sich die Schwarzen Löcher in der großen und kleinen Galaxie zu einem gigantischen Schwarzen Loch vereinigen.

NuSTAR ist eine Small Explorer Mission, die vom Caltech/JPL für das Science Mission Directorate der NASA in Washington geleitet wird. NuSTAR wurde in Zusammenarbeit mit der Danish Techical University und der Italian Space Agency (ASI) entwickelt. Der Satellit wurde von der Orbital Sciences Corp. in Dulles (Virginia) gebaut. Das Operationszentrum der NuSTAR-Mission ist an der University of California in Berkeley, und das offizielle Datenarchiv befindet sich im High Energy Astrophysics Science Archive Research Center der NASA. Die ASI stellt die Bodenstation und ein Spiegelarchiv zur Verfügung. Das JPL wird vom Caltech für die NASA betrieben.

Quelle

(THK)

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