Ein heller Quasar, der von einem supermassereichen Schwarzen Loch angetrieben wird, sendet Strahlung aus, die Gaswolken in seiner Umgebung verdrängt und Windgeschwindigkeiten von bis zu 36 Millionen Meilen pro Stunde (58 Millionen Kilometer pro Stunde) erzeugt. Ach ja, und Quasare sind auch fast so alt wie das Universum selbst.
Die Entdeckung eines Wissenschaftlerteams unter der Leitung von Astronomen der University of Wisconsin-Madison zeigt, welche Rolle die Einspeisung supermassereicher Schwarzer Löcher in die Kerne sogenannter „aktiver galaktischer Kerne“ oder „AGNs“ bei der Gestaltung der größeren Galaxie spielen kann. Die Galaxien um sie herum.
Die Forscher gelangten zu ihren Erkenntnissen anhand von acht Jahren Daten zum Quasar SBS 1408+544, der sich 13 Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Bootes befindet. Diese Daten wurden im Rahmen des vom Sloan Digital Sky Survey (SDSS) durchgeführten Projekts zur Echokartierung schwarzer Löcher gesammelt. Licht von SBS 1408+544 reist seit 13 Milliarden Jahren zur Erde; Dies entspricht in etwa der Dauer der Existenz des Universums, die 13,8 Milliarden Jahre beträgt.
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Man geht zwar davon aus, dass sich im Herzen der meisten Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher mit Massen von Millionen oder manchmal Milliarden Sonnen befinden, doch nicht alle dieser Quasare treiben sie an. Schwarze Löcher in Quasaren sind von Materie in einer flachen, rotierenden Wolke namens „Akkretionsscheibe“ umgeben, die sie nach und nach mit Materie versorgt.
Der massive Gravitationseinfluss des zentralen supermassereichen Schwarzen Lochs des Quasars verursacht Reibungs- und Gezeitenkräfte, die das Material der Akkretionsscheibe aufheizen und so zu intensivem Leuchten führen. Darüber hinaus wird Materie, die nicht in das supermassive Schwarze Loch eingespeist wird, durch starke Magnetfelder zu den Polen des kosmischen Riesen gelenkt, wo sie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und in hochparallelen Jets abgeschossen wird. Diese Zwillingsstrahlen von jedem Pol des Schwarzen Lochs gehen auch mit der Emission elektromagnetischer Strahlung einher.
Diese Strahlung macht einige Quasare nicht nur heller als das kombinierte Licht aller Sterne in den sie umgebenden Galaxien, sondern dieses Licht formt auch diese Galaxien und stellt für Astronomen eine nützliche Messgröße dar, um die Wirkung von Schwarzen Löchern auf Galaxien im Allgemeinen zu messen.
„Die Materialien darin [accretion] „Die Scheibe fällt ständig in das Schwarze Loch, und die Reibung dieses Ziehens und Ziehens erhitzt die Scheibe und macht sie sehr heiß und sehr hell“, sagte Katherine Greer, Teamleiterin und Professorin für Astronomie an der University of Wisconsin-Madison in einem Artikel. „Diese Quasare sind wirklich leuchtend, und da es einen großen Temperaturbereich vom Inneren bis zu den äußeren Teilen der Scheibe gibt, deckt ihre Emission fast das gesamte elektromagnetische Spektrum ab.“
Das helle Licht dieses Quasars ermöglichte es Greer und seinen Kollegen, Winde aus gasförmigem Kohlenstoff zu verfolgen. Dies geschah durch die Messung von Lücken im breiten Spektrum der vom Quasar emittierten elektromagnetischen Strahlung, die auf die Absorption von Licht durch Kohlenstoffatome hinweisen.
Das Team stellte fest, dass es bei jeder Messung dieses Absorptionsspektrums über die 130 Beobachtungen von SBS 1408+544 zu einer Verschiebung von der korrekten Position des „Schattens“ der Kohlenstoffabsorption kam. Dies verstärkte sich mit der Zeit, da die Strahlung des Quasars die ihn umgebende Materie wegschob. Dieses Material bildete die gewaltigen Winde des Schwarzen Lochs, die Geschwindigkeiten von 36 Millionen Meilen pro Stunde (58 Millionen Kilometer pro Stunde) erreichten, was etwa der 45.000-fachen Schallgeschwindigkeit entspricht.
„Diese Verschiebung sagt uns, dass sich das Gas immer schneller bewegt“, sagte Robert Wheatley, Co-Leiter des Teams und Doktorand der Astronomie an der University of Wisconsin-Madison. „Die Winde beschleunigen sich, weil sie durch Strahlung angetrieben werden, die von der Akkretionsscheibe ausgeht.“
Wissenschaftler vermuten, dass sie schon früher beschleunigte Winde supermassiver Schwarzer Löcher beobachtet haben, aber dies ist das erste Mal, dass diese Beobachtung durch überzeugende Beweise gestützt wird. Solche kosmischen Winde sind für Astronomen von großem Interesse, da das von ihnen bewegte Gas die Bausteine der Sterne ist. Das heißt, wenn die Winde eines Schwarzen Lochs stark genug wären, könnten sie den Sternentstehungsprozess unterbrechen und so ihre Heimatgalaxien „töten“. Es könnte auch zentralen supermassiven Schwarzen Löchern den Treibstoff entziehen und ihre Tage als Pseudomaschinen beenden.
Dies könnte eine aktive Galaxie in eine ruhende Galaxie wie die Milchstraße verwandeln, die nicht nur extrem langsam Sterne bildet, sondern in ihrem Kern auch ein „schlafendes Riese“ Schwarzes Loch hat. Unser Schwarzes Loch Sagittarius A* (Sgr A*) ist von so wenig Materie umgeben, dass seine Ernährung aus Gas und Staub dem Verzehr eines Reiskorns durch den Menschen alle Million Jahre entspricht. Alternativ könnten Winde von supermassiven Schwarzen Löchern Gas komprimieren, anstatt es wegzudrücken, was möglicherweise neue Phasen der Sternentstehung in ihren Muttergalaxien auslösen könnte.
Winde aus Schwarzen Löchern, wie sie das Team gesehen hat, können sich auch über die Ränder von Galaxien hinaus ausbreiten und benachbarte Galaxien und letztendlich auch benachbarte supermassereiche Schwarze Löcher in den Kernen dieser Galaxien beeinflussen.
„Supermassereiche Schwarze Löcher sind groß, aber im Vergleich zu ihren Galaxien sehr klein“, sagte Greer. „Das bedeutet nicht, dass sie nicht miteinander reden können, und es ist die Art und Weise, wie man miteinander redet, die wir berücksichtigen müssen, wenn wir die Auswirkungen dieser Art von Schwarzen Löchern modellieren.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden im Juni veröffentlicht Astrophysikalisches Journal.
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