Chandra beobachtet ungewöhnliches Verhalten eines Materiejets

Astronomen haben eine Verhaltensweise bei einem Jet eines riesigen Schwarzen Lochs entdeckt, die nie zuvor beobachtet wurde. Mit dem NASA-Weltraumteleskop Chandra haben sie einen Jet beobachtet, der von einer Gaswand abgeprallt ist und dann ein Loch in eine Wolke aus energiereichen Teilchen gerissen hat. Dieses Verhalten kann Wissenschaftlern mehr darüber verraten, wie Jets von Schwarzen Löchern mit ihren Umgebungen interagieren.

Die Entdeckung wurde in Cygnus A gemacht, einer großen Galaxie im Zentrum eines Galaxienhaufens, der rund 760 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Chandra-Daten zeigen gewaltige Teilchenjets und elektromagnetische Energie, die von einem rasch wachsenden Schwarzen Loch im Zentrum von Cygnus A stammen. Nachdem sie auf jeder Seite des Schwarzen Lochs mehr als 200.000 Lichtjahre zurücklegten, verlangsamten sich die Jets aufgrund ihrer Wechselwirkung mit mehrere Millionen Grad heißem intergalaktischen Gas, das Cygnus A umgibt. Diese Wechselwirkung hat enorme Wolken aus energiereichen Teilchen produziert, die Röntgenstrahlen und Radiowellen emittieren.

Im Rahmen einer 23 Tage dauernden Tiefenbeobachtung nutzten Wissenschaftler Chandra, um eine hochdetaillierte Karte der Jets und des intergalaktischen Gases zu erstellen. Die Karte wurde verwendet, um die Bahnen der Jets ausgehend von dem Schwarzen Loch zu verfolgen. Der linke Jet expandierte nach dem Abprallen und schuf ein Loch in der umgebenden Teilchenwolke, das zwischen 50.000 und 100.000 Lichtjahre tief und nur 26.000 Lichtjahre breit ist.

“Wir sahen diesen Jet nicht nur von intergalaktischem Gas abprallen, ähnlich wie ein Kieselstein von der Oberfläche eines Teichs abprallen würde, sondern er riss auch noch ein Loch in eine Wolke aus energiereichen Teilchen”, sagte Amalya Johnson von der Columbia University in New York, die Leiterin der neuen Studie. “Das ist das erste Mal, dass wir so einen kosmischen ‘Locher’ gesehen haben.”

Chandras scharfe Bildgebung war entscheidend für diese Entdeckung. Es ist bemerkenswert, dass Chandra im Röntgenbereich feine Details dessen abbilden kann, was dieses Schwarze Loch in einer Entfernung von mehr als einer Milliarde Billionen Meilen zur Erde tut”, sagte der Co-Autor Paul Nulsen vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) in Cambridge (Massachusetts). “Dank der Chandra-Daten können wir sehen, wohin der Jet abprallte, und seine Bahn verfolgen, bevor er das Gas ein zweites Mal trifft.”

Obwohl Schwarze Löcher am besten dafür bekannt sind, dass sie Dinge zu sich hinziehen, können sie auch sehr gut Materie fortkatapultieren. Wenn das Schwarze Loch rotiert, kann es einen rotierenden, eng gewundenen, vertikalen Turm aus starken Magnetfeldern erzeugen. Das ermöglicht dem Schwarzen Loch, einen Teil des heranspiralendem Gases umzulenken und einen energetischen Jet zu erzeugen, der sich mit sehr hohen Geschwindigkeiten von dem Schwarzen Loch entfernt. Der Jet von Cygnus A ist einer der größten und stärksten Jets, die bisher beobachtet wurden.

Die Wissenschaftler arbeiten daran festzustellen, welche Energieformen (kinetische Energie, Wärme oder Strahlung) der Jet trägt. Die Zusammensetzung des Jets und die Energietypen bestimmen, wie der Jet sich beim Abprallen verhält, und beeinflussen ebenso die Größe des von ihm erzeugten Lochs. Theoretische Modelle des Jets und seiner Wechselwirkungen mit umgebendem Gas sind erforderlich, um Schlussfolgerungen über die Eigenschaften des Jets zu ziehen.

Die Energie der Jets von Schwarzen Löchern kann intergalaktisches Gas in Galaxienhaufen aufheizen und es am Abkühlen und an der Entstehung großer Anzahlen an Sternen in Galaxien wie Cygnus A hindern. “Wir wissen, dass schnell wachsende Schwarze Löcher große Auswirkungen auf ihre Umgebungen haben”, sagte der Co-Autor Bradford Snios vom CfA. “Durch die Untersuchung von Cygnus A hoffen wir mehr darüber zu erfahren, wie riesige Schwarze Löcher im Laufe der Zeit ihre Heimatgalaxien beeinflussen.”

Diese Ergebnisse wurden auf dem 233. Treffen der American Astronomical Society in Seattle (Washington) vorgestellt. Das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama) leitet das Chandra-Programm für das Science Mission Directorate der Agentur in Washington. Das Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge (Massachusetts) steuert Chandras Wissenschafts- und Flugoperationen.

Quelle

(THK)