Eine Illustration zeigt einen starken Wind, der von einem durch ein supermassives schwarzes Loch angetriebenen Quasar ausgeht.(Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser)
Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben Astronomen den ersten starken, „galaxiengroßen“ Wind entdeckt, der von einem Quasar ausgeht, der von einem supermassereichen Schwarzen Loch gespeist wird. Der starke Wind treibt Gas und Staub mit unglaublicher Geschwindigkeit aus seiner Galaxie und tötet die Sternentstehung in seiner Wirtsgalaxie.
Dieser Quasar mit der Bezeichnung J1007+2115 ist so weit entfernt, dass er so gesehen wird, wie er nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall war – als das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum nur etwa 5 % seines heutigen Alters hatte. Damit ist J1007+2115 zwar nur der drittälteste Quasar, der je gesehen wurde, aber der früheste, bei dem ein starker Wind von der Größe einer Galaxie beobachtet wurde.
Die Ausströmungen aus diesem Quasar sind jedoch nicht nur wegen ihres Alters bemerkenswert. Die Winde von J1007+2115 erstrecken sich von dem Schwarzen Loch, aus dem sie stammen, über erstaunliche 7.500 Lichtjahre, was etwa 25 nebeneinander aufgereihten Sonnensystemen entspricht. Das Material, das sie jedes Jahr verschieben, entspricht 300 Sonnen bei einer Geschwindigkeit, die der 6.000-fachen Lichtgeschwindigkeit entspricht, so die Forscher.
„Es ist der drittälteste und drittentfernteste Quasar, der von einem akkretierenden supermassiven Schwarzen Loch angetrieben wird, das heute bekannt ist“, sagte der Leiter des Entdeckungsteams und Forscher der University of Arizona, Weizhe Liu, gegenüber kosmischeweiten.de. „Unseres Wissens nach ist dieser von einem Quasar angetriebene Wind im Maßstab einer Galaxie der derzeit früheste bekannte.“
Die Winde dieses zentralen supermassiven Schwarzen Lochs könnten sogar so stark sein, dass sie die Wirtsgalaxie, die sie mit 6.000-facher Schallgeschwindigkeit durchdringen, „töten“, indem sie ihr die Materie entziehen, die sie zur Geburt neuer Sterne benötigt.
Wie supermassive schwarze Löcher Wind bekommen
Es wird angenommen, dass alle großen Galaxien in ihrem Inneren ein supermassives schwarzes Loch mit einer Masse haben, die Millionen bis Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne. Aber nicht alle diese schwarzen Löcher treiben Quasare an, die hellsten Lichtquellen im Kosmos.
Das liegt daran, dass einige supermassereiche schwarze Löcher nicht von großen Mengen an Gas und Staub umgeben sind, von denen sie sich ernähren können. Das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen unserer eigenen Galaxie, Sagittarius A* (Sgr A*), ist zum Beispiel ruhig und schwach.
Andere supermassereiche Schwarze Löcher sind von einer Fülle von Material umgeben, das in einer abgeflachten Wolke, der sogenannten Akkretionsscheibe, um sie herumwirbelt und sie allmählich ernährt. Der immense Gravitationseinfluss des zentralen Schwarzen Lochs verursacht in den Akkretionsscheiben eine starke Reibung, die dieses Material aufheizt und es hell leuchten lässt.
Diese Regionen, die als aktive galaktische Kerne (AGN) bezeichnet werden, sind so hell, dass sie das Licht aller Sterne in der sie umgebenden Galaxie überstrahlen können. Aus großer Entfernung betrachtet, werden diese Regionen „Quasare“ genannt.
Die starke Strahlung, die von Akkretionsscheiben ausgeht, hat noch eine weitere Wirkung: Sie stößt Materie wie Gas und Staub aus der Umgebung des AGN weg. Diese Quasarwinde können auch Gas und Staub aus der größeren Quasar-Galaxie wegdrücken.
Eine künstlerische Darstellung eines von einem Quasar angetriebenen Windes, der vom Kern einer fernen Galaxie ausgeht, im Infrarotlicht. (Bildnachweis: Internationales Gemini-Observatorium/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld)
Mit Hilfe des JWST konnten die Forscher feststellen, dass sich das Material in den Quasarwinden von J1007+2115 mit unglaublichen 4,7 Millionen km/h (7,6 Millionen km/h) fortbewegt. Wie man sich vorstellen kann, transportieren solch starke und weitreichende Winde eine riesige Menge an Materie. Liu sagte, dass die Quasarwinde von J1007+2115 jedes Jahr Material mit einer Masse mit sich führen, die der von 300 Sonnen entspricht.
Die Galaxie, in der sich J1007+2115 befindet, ist reich an dichtem molekularem Gas und Staub, den Bausteinen von Sternen, wie das JWST zeigt. Die Galaxie bildet Sterne mit einer Geschwindigkeit von etwa 80 bis 250 Sonnenmassen pro Jahr. Das Licht dieser Galaxie ist jedoch schon seit 13,1 Milliarden Jahren zu uns unterwegs, was bedeutet, dass es jetzt wahrscheinlich ganz anders aussieht. Vor allem dank dieser Quasarwinde könnte die Starburst-Aktivität nicht mehr lange anhalten.
Ein Bild des James Webb Weltraumteleskops vom Quasar J0148. (Bildnachweis: NASA/Yue, et al)
Die Reinigung von Gas und Staub durch diese Quasarwinde schneidet auch die Nahrungszufuhr für das supermassive schwarze Loch ab, das sie antreibt. Dies bedeutet, dass das Wachstum des supermassiven schwarzen Lochs, dessen Masse auf die Masse von 1 Milliarde Sonnen geschätzt wird, ebenfalls gestoppt wurde.
„Der Wind drückt eine große Menge an Gas nach außen“, sagte Liu. „Dies könnte die Sternentstehungsaktivität der Galaxie unterdrücken, die Gas benötigt, um Sterne zu bilden, und auch das Wachstum des supermassereichen Schwarzen Lochs selbst, das ebenfalls die Akkretion von Gas benötigt.“
Das könnte bedeuten, dass diese frühe Galaxie jetzt eine tote Galaxie ist und kaum noch wächst, weil das sternbildende Material entfernt und die Sternentstehung gedrosselt wurde.
Das Team ist noch nicht fertig mit den Quasarwinden und der Erforschung ihres Einflusses auf ihre Wirtsgalaxien. Sie werden weiter nach ihnen suchen und vielleicht sogar weitere entdecken, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten.
„Wir wollen nun nach weiteren derartigen, von Quasaren angetriebenen Winden im sehr frühen Universum suchen und ihre Eigenschaften als Population kennen lernen“, schloss Liu.
Eine Pre-Print-Version der Forschungsarbeit des Teams ist auf dem Paper Repository arXiv zu finden.
