Die Ko-Entwicklung von Galaxien und supermassiven Schwarzen Löchern

Illustris-TNG-Simulation von Sternen im heutigen Universum. (Credits: The TNG Collaboration)
Illustris-TNG-Simulation von Sternen im heutigen Universum. (Credits: The TNG Collaboration)

Die Entstehung und das Wachstum von Galaxien im jungen Universum sind ein wichtiges Forschungsthema für zukünftige Riesenteleskope wie das Giant Magellan Telescope und Weltraummissionen wie das James Webb Space Telescope. In der Zwischenzeit haben Computersimulationen der kosmischen Galaxienentwicklung für beträchtliche Fortschritte bei unserem Verständnis gesorgt.

Sie zeigen, dass Einzelheiten der Galaxienentwicklung eng mit den Eigenschaften der Galaxien verknüpft sind, etwa mit ihren Größen und Sternentstehungsraten. Diese Eigenschaften werden wiederum von dem Gasinhalt der Galaxie, den Gasbewegungen (hauptsächlich dem Drehimpuls) und einigen noch unklaren Mechanismen gesteuert, welche die Sternentstehung wie Feedback des Schwarzen Lochs regulieren. Letztendlich gibt es zunehmend Belege für Korrelationen zwischen den Eigenschaften eines supermassiven Schwarzen Lochs und seiner Heimatgalaxie.

Schwarze Löcher mit Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen existieren in den Zentren der meisten Galaxien. Die stärksten aktiven Schwarzen Löcher befinden sich in Quasaren, und solche Quasare wurden in Zeitepochen beobachtet, die bis in eine Zeit zurückreichen, als das Universum weniger als eine Milliarde Jahre alt war. Das deutet darauf hin, dass es die Symbiose zwischen einer Galaxie und ihrem Schwarzen Loch bereits zu dieser frühen Zeit gab.

Masse ansammelnde Schwarze Löcher können gewaltige Jets oder Winde emittieren, die die Akkretion umkehren und Materie fortblasen, was die Sternentstehung manchmal hemmt. Diese und andere Belege helfen dabei, die Ko-Entwicklungsmechanismen zwischen Schwarzen Löchern und Galaxien zu identifizieren und die gemeinsame Entwicklung der Populationen von supermassiven Schwarzen Löchern und Galaxien zu enthüllen.

Die Astronomen Lars Hernquist und Rainer Weinberger vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und ihre Kollegen nutzten die großräumige hydrodynamische Simulation namens Illustris-TNG, um die Entwicklung von Galaxien und ihren Schwarzen Löchern zu verfolgen. Der Simulationscode ist in der Lage, die Entwicklung eines breiten Spektrums an Schwarzen Löchern und Eigenschaften von Galaxien mit zunehmendem Alter des Universums zu modellieren. Die Forscher reproduzierten erfolgreich die beobachtete Korrelation zwischen der Sternentstehungsrate und der Masse einer Galaxie.

Neben zahlreichen anderen Trends stellten sie fest, dass ruhige Galaxien (solche, die nicht länger aktiv Sterne bilden) erst eine Schrumpfungsphase durchlaufen, bevor sie ein Ereignis erfahren, das mit einer Hemmung der Sternentstehung einhergeht. Sie stellten außerdem fest, dass in der kosmischen Epoche der höchsten Sternentstehungsaktivität (vor etwa zehn Milliarden Jahren) bis zu 20 Prozent der Galaxien ein aktives, supermassives Schwarzes Loch enthielten.

Abhandlung: “Linking Galaxy Structural Properties and Star Formation Activity to Black Hole Activity with IllustrisTNG” von Melanie Habouzit, Shy Genel, Rachel S. Somerville, Dale Kocevski, Michaela Hirschmann, Avishai Dekel, Ena Choi, Dylan Nelson, Annalisa Pillepich, Paul Torrey, Lars Hernquist, Mark Vogelsberger, Rainer Weinberger und Volker Springel, MNRAS 484, 4413, 2019.

Quelle

(THK)

Werbung

Ersten Kommentar schreiben

Antworten

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht.


*