Eine seltsame Kette von „stellarem Schmuck“ aus Sternhaufen, die sich um eine starke Eruption eines Schwarzen Lochs gebildet hat (Bildnachweis: X-ray: NASA/CXC/SAO/O. Omoruyi et al.; Optisch: NASA/ESA/STScI/G. Tremblay et al.; Radio: ASTRON/LOFAR; Bildverarbeitung: NASA/CXC/SAO/N. Wolk)
Astronomen haben eine der stärksten Eruptionen von Schwarzen Löchern entdeckt, die jemals beobachtet wurden – und diese gewaltige Explosion, die sich vor fast 4 Milliarden Jahren ereignete, bildete ein Muster von Sternen in Haufen, die wie Schmuckstücke aussehen.
Die Sternenkette schmückt einen massiven Haufen aus Hunderten von Galaxien namens SDSS J1531, der etwa 3,8 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Der Galaxienhaufen beherbergt auch ein riesiges Reservoir an heißem Gas, und in seinem Herzen sind zwei seiner größten Galaxien dabei, zu einer einzigen zu verschmelzen. Die Eruption, die die Wissenschaftler entdeckten, stammt wahrscheinlich von dem supermassereichen Schwarzen Loch in einer dieser kollidierenden Galaxien.
Und während diese Galaxien ihre Flugbahn in Richtung Zusammenstoß fortsetzen, konnten die Wissenschaftler eine S-förmige Reihe von 19 riesigen Sternhaufen erkennen, die „Superhaufen“ genannt werden.
Um die Entstehung der Superhaufen zu untersuchen, nutzten Astronomen aus aller Welt eine Fülle von Daten aus dem elektromagnetischen Spektrum, darunter Radiowellendaten des LOFAR-Radioteleskops sowie Daten aus dem sichtbaren Licht und Röntgenstrahlen, die vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA gesammelt wurden. Das Verständnis der Entstehung dieser unglaublichen Erscheinung könnte zu einem besseren Bild davon führen, wie supermassereiche Schwarze Löcher die Umgebung um sie herum formen.
„Eruptionen von Schwarzen Löchern, wie die, die zur Entstehung der Superhaufen in SDSS J1531 beigetragen haben, sind vermutlich sehr wichtig, um das Gas in Galaxienhaufen heiß zu halten“, so Timothy Davis, Mitglied des Forschungsteams und Wissenschaftler an der Universität Cardiff, in einer Erklärung. „Die Entdeckung eines so eindeutigen Beweises für diesen fortlaufenden Prozess ermöglicht es uns, die Auswirkungen von monströsen Schwarzen Löchern auf ihre Umgebung zu verstehen.“
Unwahrscheinliche himmlische Juweliere
Supermassive schwarze Löcher mit einer Masse, die Millionen oder sogar Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne, befinden sich vermutlich im Herzen aller großen Galaxien.
Während viele dieser kosmischen Ungeheuer wie Sagittarius A* (Sgr A*), das im Herzen der Milchstraße sitzt, still auf der Lauer liegen, ernähren sich andere gefräßig von Gas, Staub und sogar Sternen in ihrer Umgebung. Diese supermassereichen Schwarzen Löcher gehören zu den so genannten aktiven galaktischen Kernen (AGN) und sind von Scheiben aus Gas und Staub umgeben, die sie ernähren. Diese Scheiben werden Akkretionsscheiben genannt. Die massiven Gravitationseinflüsse dieser sich aktiv ernährenden Schwarzen Löcher erzeugen in ihren jeweiligen Akkretionsscheiben turbulente Bedingungen, die die Umgebung hell aufleuchten lassen.
Darüber hinaus wird jede Materie, die nicht in das supermassive Schwarze Loch fällt, durch starke Magnetfelder zu den Polen des kosmischen Titanen gelenkt. Dort werden diese geladenen Teilchen auf annähernd Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und brechen als hochkollimierte relativistische Jets aus beiden Polen des Schwarzen Lochs aus. Dieser Ausbruch wird in der Regel von einer Explosion elektromagnetischer Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts begleitet.
Als Ergebnis sind AGNs und die mit ihnen verbundenen Quasare oft so hell, dass sie das Licht aller Sterne in den sie umgebenden Galaxien überstrahlen.
Eine Illustration zeigt Strahlen, die von beiden Polen eines supermassiven schwarzen Lochs im Herzen eines AGN ausgehen. (Bildnachweis: ESA/NASA, das AVO-Projekt und Paolo Padovani)
Der Jet, der aus einer der Riesengalaxien im Herzen von SDSS J1531 ausbricht, stößt nach außen und schleudert heißes Gas vom Schwarzen Loch weg, sagt das Team. Das Team, das hinter dieser Forschung steht, glaubt, dass diese Aktivität einen riesigen Hohlraum um die Leere herum geschaffen hat.
„Wir betrachten dieses System bereits so, wie es vor vier Milliarden Jahren existierte, nicht lange nach der Entstehung der Erde“, sagte der Leiter des Teams und Harvard Center for Astrophysics-Forscher Osase Omoruyi in der Erklärung. „Dieser uralte Hohlraum, ein Fossil des Schwarzen Lochs, erzählt uns von einem Schlüsselereignis, das fast 200 Millionen Jahre früher in der Geschichte des Haufens stattfand.“
Bei der Rekonstruktion dieser gewaltigen Abfolge von Ereignissen mit Chandra verfolgten Omoruyi und Kollegen die Bewegungen des dichten Gases in der Nähe des Herzens von SDSS J1531. Dabei wurden helle Röntgen-„Flügel“ am Rande des Hohlraums entdeckt. Radiowellendaten von LOFAR enthüllten dem Team die Überreste energetischer Teilchen, die mit dem ausgebrochenen Jet in Verbindung stehen – der „rauchende Colt“, der Beweis für diese alte, starke Eruption.
„Dieses System hat eindeutig ein sehr aktives Schwarzes Loch, das wiederholt ausbricht und das Gas in seiner Umgebung stark beeinflusst“, so Davis. „Hier entdecken wir den rauchenden Colt und sehen seine Auswirkungen auf einmal“.
Omoruyi erklärte in einem Blog für Harvard, dass der Jet 100.000 Billionen Mal mehr Energie freisetzt als die Sonne während ihrer gesamten Lebensdauer.
„Als sich der Jet durch den Weltraum ausbreitete, riss er eine riesige Blase in das abkühlende Gas, hob das umgebende Material an und zerstreute es“, fuhr sie fort. „Obwohl der Ausbruch schon fast 200 Millionen Jahre zurückliegt, sind die Spuren des Ausbruchs noch immer sichtbar. Das zuvor angehobene Gas hat sich nun abgekühlt und zieht zurück in das Zentrum des Haufens und liefert den frischen Treibstoff für die junge ‚Perlen an einer Schnur‘-Sternbildung.“
Omoruyi fügte hinzu, dass die Entdeckung dieses starken Ausflusses zwar an sich schon überraschend sei, dass aber eines der bemerkenswertesten Dinge an dieser Beobachtung die Tatsache sei, dass der gesamte Haufen stabil geblieben sei.
Was das Team noch nicht entdeckt hat, sind Beweise für den zweiten starken Jet, der in die entgegengesetzte Richtung und vom anderen Pol des supermassiven schwarzen Lochs ausging. Die Forscher glauben, dass Beweise für diesen Jet-Zwilling bei weiteren Untersuchungen in Röntgen- und Radiowellenemissionen gefunden werden könnten.
„Wir glauben, dass unsere Beweise für diese riesige Eruption stark sind, aber weitere Beobachtungen mit Chandra und LOFAR würden den Fall vervollständigen“, schloss Omoruyi. „Wir hoffen, mehr über den Ursprung des Hohlraums zu erfahren, den wir bereits entdeckt haben, und den erwarteten Hohlraum auf der anderen Seite des Schwarzen Lochs zu finden.“
Die Forschungsarbeit des Teams ist auf dem Paper Repository arXiv veröffentlicht und wurde zur Veröffentlichung im Astrophysical Journal angenommen.
