Astronomen beobachten positives Feedback bei einem Schwarzen Loch

Schwarze Löcher sind bekannt dafür, Dinge auseinanderzureißen, zum Beispiel Sterne. Aber jetzt haben Astronomen ein Schwarzes Loch gefunden, das die Geburt neuer Sterne über eine verblüffende Distanz und mehrere Galaxien hinweg angestoßen haben könnte.

Wenn sich diese mit dem Chandra X-ray Observatory und anderen Teleskopen gemachte Entdeckung bestätigt, wäre es die bislang größte beobachtete Distanz, in der ein Schwarzes Löch als stellarer Geburtshelfer agierte. Das Schwarze Loch scheint die Sternentstehungsprozesse in einer Distanz von mehr als einer Million Lichtjahren intensiviert zu haben. Ein Lichtjahr entspricht etwa 9,47 Billionen Kilometern.

“Dies ist das erste Mal, dass wir ein einzelnes Schwarzes Loch sehen, wie es in mehr als einer Galaxie gleichzeitig die Entstehung von Sternen auslöst”, sagte Roberto Gilli vom National Institute of Astrophysics (INAF) in Bologna, Italien, der Hauptautor der Studie, die die Entdeckung beschreibt. “Es ist faszinierend zu denken, dass das Schwarze Loch einer Galaxie beeinflussen kann, was in anderen Galaxien Millionen Lichtjahre entfernt geschieht.”

Ein Schwarzes Loch ist ein extrem dichtes Objekt, von dem kein Licht entkommen kann. Die immense Gravitation des Schwarzen Lochs zieht umgebendes Gas und Staub ein, aber ein kleiner Teil davon kann stattdessen auch mit annähernd Lichtgeschwindigkeit fortkatapultiert werden. Diese sich schnell bewegenden Teilchen bilden zwei schmale Strahlen oder Jets nahe der Pole des Schwarzen Lochs.

Das von den Wissenschaftlern im Rahmen der Studie beobachtete supermassive Schwarze Loch liegt im Zentrum einer rund 9,9 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie. Diese Galaxie hat mindestens sieben Nachbargalaxien, wie Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte und dem Large Binocular Telescope (LBT) gezeigt haben.

Mit dem Karl Jansky Very Large Array der National Science Foundation hatten Wissenschaftler bereits früher Radiowellen von einem hochenergetischen Teilchenjet empfangen, der rund eine Million Lichtjahre lang ist. Der Jet kann bis zu dem supermassiven Schwarzen Loch zurückverfolgt werden, das von Chandra als eine starke Röntgenquelle registriert wurde. Die Röntgenstrahlung wird von heißem Gas emittiert, das um das Schwarze Loch kreist. Gilli und Kollegen registrierten auch eine diffuse Wolke aus Röntgenemissionen, die ein Ende des Radiojets umgibt. Diese Röntgenemission stammt höchstwahrscheinlich von einer gigantischen Blase aus heißem Gas, das durch die Interaktionen der energiereichen Teilchen in dem Radiojet mit der umgebenden Materie aufgeheizt wird.

Als die heiße Blase expandierte und durch vier benachbarte Galaxien zog, könnte sie eine Schockwelle erzeugt haben, die kühles Gas in den Galaxien komprimierte und Sternbildungsprozesse verursachte. Alle vier Galaxien liegen ungefähr in der gleichen Distanz zum Zentrum der Blase, etwa 400.000 Lichtjahre. Die Autoren schätzen, dass die Sternentstehungsrate zwischen zwei und fünf Mal höher ist als in typischen Galaxien mit ähnlichen Massen und vergleichbaren Entfernungen zur Erde.

“Die Geschichte über König Midas spricht von seiner magischen Berührung, die Metall in Gold verwandeln kann”, sagte der Co-Autor Marco Mignoli vom INAF. “Hier haben wir den Fall eines Schwarzen Lochs, das bei der Umwandlung von Gas in Sterne half, und seine Reichweite ist intergalaktisch.”

Astronomen haben viele Fälle gesehen, wo ein Schwarzes Loch seine Umgebung durch “negatives Feedback” beeinflusst – mit anderen Worten: Es bringt die Entstehung neuer Sterne zum Erliegen. Das kann passieren, wenn die Jets des Schwarzen Lochs so viel Energie in das heiße Gas einer Galaxie oder eines Galaxienhaufens einbringen, dass sich das Gas nicht genug abkühlen kann, um große Mengen Sterne zu produzieren.

In dieser neu entdeckten Galaxiengruppe haben Astronomen ein weniger häufiges Beispiel für “positives Feedback” gefunden, wo der Einfluss des Schwarzen Lochs die Sternbildung intensiviert. Wenn Astronomen bisher einem positiven Feedback begegneten, erhöhte es die Sternentstehungsrate außerdem nur um 30 Prozent oder weniger, oder es trat in Distanzen von 20.000-50.000 Lichtjahren in einer nahen Begleitgalaxie auf.

Ob das Feedback positiv oder negativ ist, hängt von einem empfindlichen Gleichgewicht zwischen der Aufheizungsrate und der Abkühlungsrate einer Wolke ab. Das liegt daran, dass Wolken, die beim Auftreffen einer Schockwelle anfangs kühler sind, anfälliger für positives Feedback sind und mehr Sterne bilden.

“Schwarze Löcher haben den wohl verdienten Ruf, energiereich und tödlich zu sein, aber nicht immer”, sagte der Co-Autor Alessandro Peca, früher am INAF und jetzt Doktorand an der University of Miami. “Dies ist ein Musterbeispiel dafür, dass sie diesem Klischee manchmal widersprechen und stattdessen förderlich sein können.” Die Forscher nutzten insgesamt sechs Tage Beobachtungszeit mit Chandra, verteilt über eine Zeitspanne von fünf Monaten.

“Nur wegen dieser sehr tiefen Beobachtung sahen wir die von dem Schwarzen Loch produzierte heiße Gasblase”, sagte der Co-Autor Colin Norman von der Johns Hopkins University in Baltimore (Maryland). “Durch die Beobachtung ähnlicher Objekte könnten wir entdecken, dass positives Feedback bei der Entstehung von Galaxiengruppen und Galaxienhaufen sehr häufig vorkommt.”

Eine Abhandlung, die diese Ergebnisse beschreibt, wurde in der neuesten Ausgabe des Journals Astronomy and Astrophysics veröffentlicht. Das Marshall Space Flight Center der NASA leitet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center am Smithsonian Astrophysical Observatory steuert die Wissenschafts- und Flugoperationen von Cambridge und Burlington (Massachusetts) aus.

Quelle

(THK)