Intergalaktische Fütterung

  • 16. August 2017

Staudruck durch intergalaktisches Medium aktiviert galak­tische Kerne.

Im Zentrum der meisten Galaxien sitzt vermutlich ein super­masse­reiches schwarzes Loch. Nicht nur die Band­breite an Masse dieser schwarzen Löcher ist groß und reicht über mehrere Größen­ord­nungen von einigen Milli­onen bis hin zu einigen Milli­arden Sonnen­massen – auch ihre Akti­vität kann sehr unter­schied­lich aus­fallen. Die meisten super­masse­reichen schwarzen Löcher führen ein recht beschau­liches Leben im Zentrum ihrer Galaxie und ver­zehren nur hin und wieder einen Stern oder ein paar Gas­wolken. Einige von ihnen sind jedoch hoch­gradig aktiv und fallen in die Kate­gorie „aktiver Galaxien­kern“. Sie strahlen riesige Mengen an Energie ab und gehören zu den leucht­kräftig­sten Objekten im All.

Quallen-Galaxie

Abb.: 3D-Modell einer Galaxie mit Sternen (weiß) und ge­stautem Gas (rot), das lang­sam aus der Galaxie heraus­gezogen wird. Bild: C. Bellhouse, GASP Coll.)

Der Grund für die starke Strahlungsleistung aktiver Galaxienkerne liegt im Ein­fall hin­reichend großer Materie­mengen, die sich zunächst in Akkre­tions­scheiben sammeln, die sich bis zu etlichen hundert Licht­jahren erstrecken können. Warum einige Galaxien ihrem zentralen schwarzen Loch aber so viel Futter zuführen und andere nicht, ist bislang nur teil­weise ver­standen. Eine neue Unter­suchung durch ein inter­natio­nales Astro­nomen­team um Bianca Poggi­anti vom Obser­va­torium der Univer­sität Padua hat nun einen Mecha­nismus aufge­deckt, der dies offen­bar effi­zient bewerk­stelligt.

Eine Reihe unterschiedlicher Konstellationen kann zu aktiven galak­tischen Kernen führen. Die Ver­schmel­zung von größeren Galaxien kann besonders starke Akti­vität ver­ur­sachen, weil hier­durch die großen Gas­mengen im Zentral­bereich beider Galaxien durch­mischt und abge­bremst werden. Weniger starke aktive Galaxien­kerne finden sich bei anein­ander vorbei­strei­fenden Galaxien, bei denen die wechsel­seitigen Gezeiten­kräfte den super­masse­reichen schwarzen Löchern zu Nach­schub ver­helfen. Poggi­anti und ihre Kollegen unter­suchten jetzt ein bis­lang nur schlecht ver­stan­denes System: Galaxien, deren Struktur durch den Stau­druck im heißen, dichten, inter­galak­tischen Medium von Galaxien­haufen verformt wurde. Diese „quallen­förmigen“ Galaxien, von denen insge­samt erst rund vier­hundert bekannt sind, besitzen lang­ge­streckte „Tentakel“ aus Gas und neu­ge­borenen Sternen.

Dabei führt die schnelle Bewegung dieser Galaxien durch das inter­galak­tische Medium zu einem doppelten Effekt: Kurz­fristig gesehen sorgt sie für Turbu­lenzen und ther­mische Insta­bili­täten in der betrof­fenen Galaxie, was den Kollaps von Molekül­wolken bewirken kann und die Stern­ent­stehungs­rate erhöht. Lang­fristig ent­zieht es der Galaxie jedoch Gas und unter­drückt dadurch weitere Stern­ge­burten.

Die Astronomen machten ihre Beobachtungen im Rahmen des ESO-Programms GASP (Gas Strip­ping Pheno­mena in Galaxies with MUSE), das die Gas- und Sternen­kine­matik von nicht allzu weit ent­fernten Galaxien mit Hilfe des MUSE-Spektro­graphen am Very Large Tele­scope analy­siert. Hierzu unter­suchten die Forscher insge­samt 94 Galaxien, deren Form anzeigt, dass sie anschei­nend nur Gas ver­lieren. Das spricht gegen starke wechsel­seitige Gezeiten­kräfte in den beob­ach­teten Galaxien­haufen und für einen hin­rei­chend starken Stau­druck durch das inter­galak­tische Medium. Die Forscher wählten außer­dem die­je­nigen Galaxien aus, deren Tentakel­arme mindes­tens so aus­ge­dehnt waren wie der Durch­messer ihrer galak­tischen Scheiben. Insge­samt sieben Galaxien erfüllten diese Krite­rien, alle­samt massive Galaxien mit sicht­barer Materie im Bereich von etwa hundert Milli­arden Sonnen­massen.

Offenbar hängt der Staudruck durch das intergalaktische Medium auch mit einer stark über­durch­schnitt­lichen Akti­vität in den Zentren der quallen­förmigen Galaxien zusammen: Bei sechs der sieben Galaxien konnten die Forscher einen aktiven galak­tischen Kern aus­machen, der sonst nur selten anzu­treffen ist. Das ließ den Schluss zu, ent­weder müsse der Stau­druck durch das externe Gas das Gas in der Galaxienscheibe dem zentralen schwarzen Loch neues Futter zuführen oder der aktive galaktische Kern müsse umgekehrt zu einem erhöhten Gas­verlust sorgen. Das wäre dadurch möglich, dass die Energie, die das super­masse­reiche schwarze Loch in seine Galaxie pumpt, den Verlust größerer Gas­mengen begüns­tigt. Es könnten aber natür­lich auch beide Arten von Kausa­lität auf­treten.

Um dies aufzuklären, analysierten die Forscher die Geschwin­dig­keits­ver­tei­lung der Galaxien im Galaxien­haufen. Die einzige nicht aktive der sieben Galaxien war zugleich die lang­samste, während die anderen sich anschei­nend noch in der Phase der ersten Bewe­gung hinein in den Galaxien­haufen befanden: Ein starkes Indiz dafür, dass der Stau­druck das aktive galak­tische Zentrum befeuert und nicht umge­kehrt. Das ist auch in Ein­klang mit hydro­dyna­mischen Simu­la­tionen, denen zufolge nicht­rotie­rende Gas­massen des inter­galak­tischen Mediums die Rota­tions­bewe­gung von galak­tischem Gas abbremsen können und es auf eine spiral­förmige Bahn in Rich­tung Galaxien­zentrum bringen können. Gegen­wärtig lässt sich aber auch nicht aus­schließen, dass umge­kehrt auch die aktiven Galaxien­kerne den Gas­ver­lust beschleu­nigen, was auf ein inte­res­santes Wechsel­spiel in diesen eigen­willig geformten Galaxien hin­weisen würde. Simu­la­tionen hierzu stehen noch aus.

Dirk Eidemüller

RK

Share |

Newsletter

Haben Sie Interesse am kostenlosen wöchentlichen oder monatlichen pro-physik.de-Newsletter? Zum Abonnement geht es hier.

COMSOL NEWS 2018

COMSOL Days

Lesen Sie, wie Ingenieure in einer Vielzahl von Branchen präzise digitale Prototypen erstellen, um die Grenzen der Technologie zu überschreiten und den Bedarf an physischen Prototypen zu reduzieren, sowie Simulationsanwendungen zu erstellen, mit denen Kollegen und Kunden weltweit neue Ideen testen können.

comsol.de/c/7bzn

Site Login

Bitte einloggen

Andere Optionen Login

Website Footer