Astronomen haben eine der stärksten Eruptionen eines Schwarzen Lochs entdeckt, die jemals registriert wurden. Diese Riesenexplosion vor Milliarden Jahren könnte dazu beitragen, die Entstehung einer auffälligen Formation aus Sternhaufen um zwei massereiche Galaxien zu erklären; sie ähneln Perlen auf einer Schnur.
Die Entdeckung wurde in dem System SDSS J1531+3414 (kurz SDSS J1531) gemacht, das rund 3,8 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Für diese Studie wurden mehrere Teleskope verwendet, darunter das Chandra X-ray Observatory der NASA und das Radioteleskop LOFAR (Low Frequency Array).
SDSS J1531 ist ein massereicher Galaxienhaufen, der Hunderte einzelner Galaxien und große Mengen heißes Gas und Dunkler Materie enthält. Im Zentrum von SDSS J1531 kollidieren zwei der größten Galaxien des Galaxienhaufens miteinander. Um diese verschmelzenden Riesengalaxien herum liegen 19 große Sternhaufen, sogenannte Superhaufen, welche in einer “S”-förmigen Formation angeordnet sind. Die Formation gleicht aufgereihten Perlen an einer Schnur. Ein Astronomenteam nutzte Röntgendaten, Radiodaten, sowie optische Daten, um zu entschlüsseln, wie diese ungewöhnliche Sternhaufenkette wahrscheinlich entstanden ist.
Die Entdeckung von Belegen für eine alte, gigantische Eruption in SDSS J1531 lieferte einen wertvollen Hinweis. Der Ausbruch fand wahrscheinlich statt, als das supermassive Schwarze Loch im Zentrum einer der großen Galaxien einen extrem starken Jet erzeugte. Während sich der Jet durch den Raum bewegte, drückte er das umgebende heiße Gas von dem Schwarzen Loch weg, wodurch ein gigantischer Hohlraum entstand.
Osase Omoruyi, die die Studie am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) leitete, verglich die Entdeckung dieses Hohlraums mit der Freilegung eines vergrabenen Fossils. “Wir sehen dieses System bereits so, wie es vor vier Milliarden Jahren existierte, nicht lange nach der Entstehung der Erde”, sagte sie. “Dieser alte Hohlraum ist ein Fossil der Wirkung des Schwarzen Lochs auf seine Heimatgalaxie und ihre Umgebung und erzählt uns von einem Schlüsselereignis, das fast 200 Millionen Jahre früher in der Geschichte des Galaxienhaufens stattfand.”
Die Hinweise auf einen Hohlraum stammen von den “Flügeln” heller Röntgenemission, die mit Chandra beobachtet wurden und dichtes Gas in der Nähe des Zentrums von SDSS J1531 anzeigen. Diese Strukturen bilden den Rand des Hohlraums und das weniger dichte Gas dazwischen ist Teil des Hohlraums. LOFAR zeigt Radiowellen aus den Überresten der energiereichen Teilchen des Jets, die den riesigen Hohlraum füllen. In Kombination liefern diese Daten überzeugende Beweise für eine alte, gewaltige Explosion.
Die Astronomen entdeckten auch kaltes und warmes Gas in der Nähe der Öffnung des Hohlraums, was mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) und dem Gemini North Telescope registriert wurde. Sie vermuten, dass ein Teil des heißen Gases, das vom Schwarzen Loch abgestoßen wurde, sich letztendlich abkühlte, um kühles und warmes Gas zu bilden. Das Team denkt, dass die Gezeiteneffekte der beiden verschmelzenden Galaxien das Gas entlang gekrümmter Bahnen komprimiert haben, was zur Entstehung der Sternhaufen in Form einer “Perlenschnur” führte.
“Wir haben eine wahrscheinliche Abfolge an Ereignissen in diesem Haufen rekonstruiert, die sich über einen weiten Entfernungs- und Zeitbereich hinweg erstreckten. Es begann mit einem Schwarzen Loch mit einem Durchmesser von einem winzigen Bruchteil eines Lichtjahres, das einen fast 500.000 Lichtjahre großen Hohlraum erzeugte”, sagte der Co-Autor Grant Tremblay, ebenfalls vom CfA. “Dieses einzelne Ereignis setzte fast 200 Millionen Jahre später die Bildung der jungen Sternhaufen in Gang, die jeweils einige tausend Lichtjahre groß waren.”
Omoruyi und ihre Kollegen sehen nur Radiowellen und einen Hohlraum von einem Jet, aber Schwarze Löcher produzieren normalerweise zwei Jets in entgegengesetzte Richtungen. Das Team hat in größerer Distanz zu den Galaxien Radioemissionen beobachtet, die die Überreste eines zweiten Jets darstellen könnten, aber die nicht mit einem registrierten Hohlraum zusammenhängen. Sie vermuten, dass die Radio- und Röntgensignale des anderen Ausbruchs sich so sehr abgeschwächt haben könnten, dass sie nicht mehr nachweisbar sind.
“Wir denken, dass unsere Belege für diese riesige Eruption überzeugend sind, aber weitere Beobachtungen mit Chandra und LOFAR würden den Fall lösen”, sagte Omoruyi. “Wir hoffen mehr über den Ursprung des von uns bereits entdeckten Hohlraums zu erfahren und auf der anderen Seite des Schwarzen Lochs den erwarteten anderen Hohlraum zu finden.”
Die Studie von Osase Omoruyi, die diese Ergebnisse beschreibt, wurde im Astrophysical Journal veröffentlicht. Neben Omoruyi und Tremblay wirkten folgende Autoren an der Studie mit: Francoise Combes (Paris Observatory, Frankreich), Timothy Davis (Cardiff University, Vereinigtes Königreich), Michael Gladders (University of Chicago), Alexey Vikhlinin (CfA), Paul Nulsen (CfA), Preeti Kharb (National Centre for Radio Astrophysics; Tata Institute of Fundamental Research, Indien), Stefi Baum (University of Manitoba, Kanada), Christopher O’Dea (University of Manitoba, Kanada), Keren Sharon (University of Michigan), Bryan Terrazas (Columbia University), Rebecca Nevin (Fermi National Accelerator Laboratory), Aimee Schechter (University of Colorado, Boulder), John ZuHone (CfA), Michael McDonald (Massachusetts Institute of Technology), Hakon Dahle (University of Oslo, Norwegen), Matthew B. Bayliss (University of Cincinnati), Thomas Connor (CfA), Michael Florian (University of Arizona), Jane Rigby (NASA Goddard Space Flight Center), and Sravani Vaddi (Arecibo Observatory).
Das Marshall Space Flight Center der NASA leitet das Chandra-Programm. Das Chandra X-ray Center am Smithsonian Astrophysical Observatory steuert die wissenschaftlichen Operationen von Cambridge (Massachusetts) und die Flugoperationen von Burlington (Massachusetts) aus.
(THK)
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