Galaxy Survives Black Hole’s Feast – “Geht gegen alle aktuellen wissenschaftlichen Vorhersagen”.

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Man nimmt an, dass die hungrigsten Schwarzen Löcher so viel Umgebungsmaterial verschlingen, dass sie dem Leben ihrer Wirtsgalaxie ein Ende setzen. Dieser Schlemmerprozess ist so intensiv, dass er ein hochenergetisches Objekt namens Quasar erzeugt – eines der hellsten Objekte im Universum -, während die rotierende Materie in den Bauch des Schwarzen Lochs gesaugt wird. Jetzt haben die Forscher eine Galaxie gefunden, die die unersättlichen Kräfte des Schwarzen Lochs überlebt, indem sie weiterhin neue Sterne gebärt – etwa 100 sonnengroße Sterne pro Jahr.

Die Entdeckung durch das NASA-Teleskop auf einem Flugzeug, dem Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie, kann helfen zu erklären, wie massereiche Galaxien entstanden sind, obwohl das Universum heute von Galaxien beherrscht wird, die keine Sterne mehr bilden. Die Ergebnisse werden im Astrophysical Journal veröffentlicht.

“Dies zeigt uns, dass das Wachstum aktiver Schwarzer Löcher die Sternentstehung nicht sofort stoppt, was im Widerspruch zu allen aktuellen wissenschaftlichen Vorhersagen steht”, so Allison Kirkpatrick, Assistenzprofessorin an der Universität von Kansas in Lawrence Kansas und Mitautorin der Studie. “Das veranlasst uns dazu, unsere Theorien über die Entwicklung von Galaxien zu überdenken.

SOFIA, ein gemeinsames Projekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, DLR, untersuchte eine extrem weit entfernte Galaxie, die mehr als 5,25 Milliarden Lichtjahre entfernt ist und CQ4479 genannt wird. In ihrem Kern befindet sich ein spezieller Quasartyp, der kürzlich von Kirkpatrick entdeckt wurde und als “kalter Quasar” bezeichnet wird. Bei dieser Art von Quasaren ernährt sich das aktive Schwarze Loch noch immer von Material aus seiner Wirtsgalaxie, aber die intensive Energie des Quasars hat nicht das gesamte kalte Gas verwüstet, so dass sich weiterhin Sterne bilden können und die Galaxie weiterlebt. Dies ist das erste Mal, dass Forscher einen kalten Quasar im Detail betrachten und das Wachstum des Schwarzen Lochs, die Sterngeburtenrate und die verbleibende Menge an kaltem Gas, das die Galaxie antreibt, direkt messen.

“Wir waren überrascht, eine weitere kauzige Galaxie zu sehen, die sich den gängigen Theorien widersetzt”, sagte Kevin Cooke, Postdoc-Forscher an der Universität von Kansas in Lawrence, Kansas, und Hauptautor dieser Studie. “Wenn sich dieses Tandemwachstum fortsetzt, würden sowohl das Schwarze Loch als auch die es umgebenden Sterne ihre Masse verdreifachen, bevor die Galaxie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht”.

Als eines der hellsten und am weitesten entfernten Objekte im Universum sind Quasare oder “quasi-stellare Radioquellen” notorisch schwierig zu beobachten, da sie oft alles um sie herum in den Schatten stellen. Sie entstehen, wenn ein besonders aktives Schwarzes Loch riesige Mengen an Material aus seiner umgebenden Galaxie verbraucht und dabei starke Gravitationskräfte erzeugt. Wenn sich immer mehr Material immer schneller zum Zentrum des Schwarzen Lochs hin dreht, heizt sich das Material auf und leuchtet hell. Ein Quasar produziert so viel Energie, dass er oft alles um ihn herum überstrahlt und die Versuche, seine Wirtsgalaxie zu beobachten, blendet. Aktuelle Theorien sagen voraus, dass diese Energie das kalte Gas, das für die Entstehung von Sternen benötigt wird, erwärmt oder ausstößt, wodurch die Sternentstehung gestoppt und das Wachstum einer Galaxie tödlich beeinträchtigt wird. Doch SOFIA zeigt, dass es eine relativ kurze Zeitspanne gibt, in der die Sternentstehung in der Galaxie weitergehen kann, während das Fest des Schwarzen Lochs weiterhin die mächtigen Kräfte des Quasars antreibt.

Anstatt die neugeborenen Sterne direkt zu beobachten, verwendete SOFIA sein 9-Fuß-Teleskop, um das Infrarotlicht zu erfassen, das von dem durch den Prozess der Sternentstehung aufgeheizten Staub ausgestrahlt wird. Mit Hilfe von Daten, die mit SOFIAs hochauflösender Airborne Wideband Camera-Plus oder HAWC+ Instrument gesammelt wurden, konnten die Wissenschaftler die Menge der Sternentstehung in den letzten 100 Millionen Jahren abschätzen.

“SOFIA lässt uns in dieses kurze Zeitfenster blicken, in dem die beiden Prozesse nebeneinander existieren können”, sagte Cooke. “Es ist das einzige Teleskop, das die Sternentstehung in dieser Galaxie untersuchen kann, ohne von dem intensiv leuchtenden Quasar überwältigt zu werden.

Das kurze Fenster des gemeinsamen Wachstums von Schwarzem Loch und Stern stellt eine frühe Phase des Sterbens einer Galaxie dar, in der die Galaxie noch nicht den verheerenden Auswirkungen des Quasars erlegen ist. Weitere Forschungen mit SOFIA sind notwendig, um herauszufinden, ob viele andere Galaxien ein ähnliches Stadium mit gemeinsamen Schwarzen Löchern und Sternwachstum durchlaufen, bevor sie schließlich das Ende ihres Lebens erreichen. Zukünftige Beobachtungen mit dem James Webb-Weltraumteleskop, dessen Start für 2021 geplant ist, könnten aufdecken, wie Quasare die Gesamtform ihrer Wirtsgalaxien beeinflussen.

Referenz : “Sterben des Lichts: An X-Ray Fading Cold Quasar at z ~ 0.405” von Kevin C. Cooke, Allison Kirkpatrick, Michael Estrada, Hugo Messias, Alessandro Peca, Nico Cappelluti, Tonima Tasnim Ananna, Jason Brewster, Eilat Glikman, Stephanie LaMassa, T. K. Daisy Leung, Jonathan R. Trump, Tracey Jane Turner und C. Megan Urry, 6. November 2020, Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/abb94a

SOFIA ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Das NASA-Forschungszentrum Ames im kalifornischen Silicon Valley leitet das SOFIA-Programm, die Wissenschaft und den Missionsbetrieb in Zusammenarbeit mit der Universities Space Research Association mit Sitz in Columbia, Maryland, und dem Deutschen SOFIA-Institut an der Universität Stuttgart.

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