Ein supermassives Schwarzes Loch tut seine Arbeit nicht

Kompositbild des Galaxienhaufens SpARC1049, dessen zentrales supermassives Schwarzes Loch aufgehört hat aktiv zu sein. (Credit: X-ray: NASA / CXO / Univ. of Montreal / J. Hlavacek-Larrondo et al; Optical / IR: NASA / STScI))
Kompositbild des Galaxienhaufens SpARC1049, dessen zentrales supermassives Schwarzes Loch aufgehört hat aktiv zu sein. (Credit: X-ray: NASA / CXO / Univ. of Montreal / J. Hlavacek-Larrondo et al; Optical / IR: NASA / STScI))

Astronomen haben entdeckt, was passieren kann, wenn ein riesiges Schwarzes Loch sich nicht in das Leben eines Galaxienhaufens einmischt. Mit dem Chandra X-ray Observatory und anderen Teleskopen haben sie gezeigt, dass das passive Verhalten eines Schwarzen Lochs eine bemerkenswerte Sternentstehungsphase in einem fernen Galaxienhaufen erklären könnte.

Galaxienhaufen enthalten hunderte oder tausende Galaxien und sind von heißem, Röntgenstrahlung emittierenden Gas durchzogen, das mehr wiegt, als die zuvor genannten Galaxien zusammen. Materieabströmungen von einem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum der Zentralgalaxie des Galaxienhaufens hindern dieses heiße Gas normalerweise daran abzukühlen und große Mengen Sterne zu bilden. Diese Aufheizung erlaubt supermassiven Schwarzen Löchern, die Aktivität und Entwicklung ihrer Heimatgalaxienhaufen zu beeinflussen.

Aber was passiert, wenn das Schwarze Loch aufhört aktiv zu sein? Der rund 9,9 Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxienhaufen SpARCS104922.6+564032.5 (kurz SpARCS1049) gibt eine Antwort.

Basierend auf Beobachtungen der Weltraumteleskope Hubble und Spitzer hatten Astronomen bereits entdeckt, dass in SpARCS1049 Sterne mit einer außergewöhnlichen Rate im Äquivalent von 900 Sonnenmassen pro Jahr entstehen. Das ist mehr als 300 Mal schneller als die Rate, mit der unsere Milchstraßen-Galaxie ihre Sterne bildet. Mit der in SpARCS1049 beobachteten Rate könnten sich alle Sterne der Milchstraße in nur 100 Millionen Jahren bilden, was im Vergleich zum Alter unserer Galaxie von mehr als zehn Milliarden Jahren eine kurze Zeitspanne ist.

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Video-Link: https://www.youtube.com/watch?v=hVSrjW_HvIY

 

“Es erinnert mich an die alte Redewendung ‘Wenn die Katze aus dem Haus ist, tanzen die Mäuse auf dem Tisch'”, sagte Julie Hlavacek-Larrondo von der University of Montreal (Kanada), die Leiterin der Studie. “Hier ist die Katze beziehungsweise das Schwarze Loch ruhig und die Mäuse beziehungsweise die Sterne sind sehr beschäftigt.”

Diese intensive Sternentstehungsphase passiert etwa 80.000 Lichtjahre entfernt vom Zentrum von SpARCS1049 in einer Region außerhalb der Mitgliedsgalaxien des Galaxienhaufens. Astronomen fragen sich, was diese gewaltige Phase der Sternentstehung verursacht.

Die Antwort könnte in neuen Chandra-Daten liegen, die das Verhalten des heißen Gases in SpARCS1049 offenbaren. Im Großteil des Galaxienhaufens liegt die Temperatur des Gases bei etwa 65 Millionen Grad Celsius. An der Position der Sternentstehungsprozesse ist das Gas allerdings dichter als im Durchschnitt und hat sich bis auf eine Temperatur von nur zehn Millionen Grad Celsius abgekühlt. Die Präsenz dieses kühleren Gases deutet darauf hin, dass sich andere unentdeckte Gasvorkommen auf sogar noch niedrigere Temperaturen abgekühlt haben, was die Bildung großer Mengen Sterne erlaubt.

“Ohne die von dem Schwarzen Loch aktiv in seine Umgebung freigesetzte Energie kann das Gas genug abkühlen, so dass diese beeindruckenden Sternentstehungsprozesse stattfinden können”, sagte der Co-Autor Carter Rhea von der University of Montreal. “Dieses Herunterfahren des Schwarzen Lochs könnte im jungen Universum eine entscheidende Art und Weise für die Entstehung von Sternen sein.”

Obwohl es viele Beispiele dafür gibt, dass die von Schwarzen Löchern in ihre Umgebungen injizierte Energie für die Verlangsamung der Sternentstehungsrate um zig Größenklassen verantwortlich ist, sind diese Galaxienhaufen typischerweise nur wenige hundert Millionen Lichtjahre entfernt und viel älter als SpARCS1049.

Im Fall von SpARCS1049 sehen Astronomen keine Anzeichen dafür, dass ein supermassives Schwarzes Loch in der Zentralgalaxie aktiv Materie anzieht. Beispielsweise gibt es im Radiowellenbereich keinen Beleg für einen Materiejet, der von dem Schwarzen Loch stammt. Auch gibt es in der Mitte der Galaxie keinen Beleg für eine Röntgenquelle, der dafür sprechen würde, dass aufgeheizte Materie in Richtung eines Schwarzen Lochs fällt.

“Viele Astronomen haben angenommen, dass die Sternentstehung ohne die Intervention durch ein Schwarzes Loch außer Kontrolle geraten würde”, sagte die Co-Autorin Tracy Webb von der McGill University. “Jetzt haben wir einen fotografischen Beweis dafür, dass dies tatsächlich so ist.” Webb entdeckte SpARCS1049 auf Bildern des Weltraumteleskops Spitzer.

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Video-Link: https://www.youtube.com/watch?v=ynXh0eNUEPo


Warum ist das Schwarze Loch so ruhig? Der beobachtete Positionsunterschied zwischen dem dichtesten Gas und der Zentralgalaxie könnte die Ursache sein. Das würde bedeuten, dass das supermassive Schwarze Loch im Zentrum dieser Galaxie ausgehungert wird. Der Verlust einer Nahrungsquelle für das Schwarze Loch verhindert Ausbrüche und erlaubt dem Gas ungehindert abzukühlen, wobei das dichteste Gas am schnellsten abkühlt.

Eine Erklärung für diesen Positionsunterschied ist, dass zwei kleine Galaxienhaufen in der Vergangenheit am selben Ort kollidierten, um SpARCS1049 zu bilden, wobei sie das dichteste Gas von der Zentralgalaxie wegtransportierten.

Eine Abhandlung, die diese Ergebnisse beschreibt, wurde in den Astronomical Journal Letters veröffentlicht. Das Marshall Space Flight Center betreibt das Chandra Program. Das Chandra X-ray Center am Smithsonian Astrophysical Observatory steuert Chandras Wissenschafts- und Flugoperationen von Cambridge und Burlington (Massachusetts) aus.

Quelle

(THK)

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