Embargo bis 16.2., 17.00 Uhr
In den Zentren vermutlich aller Galaxien sitzen supermassive Schwarze Löcher (SL), die häufig von Gas- und Staubwolken umgeben sind.
Wenn diese Materie in das SL hineinfällt, werden gewaltige Energien freigesetzt. Je nachdem aus welcher Richtung wir auf das SL blicken, erscheinen uns diese Aktivitäten unterschiedlich.
In der 47 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M77 ist das zentrale SL vollständig bedeckt:
Es ist von einer dünnen Akkretionsscheibe umgeben, die in einen dichten Ring aus Gas und Staub eingebettet ist.
Seit 30 Jahren vermutet man im Zentrum ein aktives SL.
Nun konnten Forschende mit dem VLT-I auf Paranal (Chile) tief in das Innere hineinsehen.
Die benutzte Wärmestrahlung kommt gut durch den Staub nach draußen. Die notwendige hohe Auflösung um das Zentrum zu untersuchen, erreichte man durch Zusammenschalten aller vier großen Teleskope durch Interferometrie, also Überlagerung des Lichtes.
Es gelangen Aufnahmen der inneren Region in unmittelbarer Umgebung des SL (das in einer Aufnahme als schwarzer Punkt eingezeichnet ist).
Die ellipsenförmigen Linien zeigen den Bereich des Staubgürtels an, durch den man hindurchsehen konnte.
Der Temperatur- und Dichteverlauf konnte rekonstruiert werden und dadurch die ungefähre Lage des SL bestimmt werden.
Die Arbeit erscheint heute in Nature.
Bild 1: M77 und der Blick in das Zentrum
Bild 2: Zentralbild mit Position des SL und des Staubgürtels
(credit: ESO/Jaffe, Gamez-Rosas)
Die Zentren von Galaxien sind wichtige Elemente, über die Galaxienentwicklungen aber auch Wechselwirkungn zwischen Galaxien gesteuert werden.
Maßgeblich sind daran supermassive Schwarze Löcher von Millionen zu Milliarden Sonnenmassen beteiligt.
Dies äußert sich in zahlreichen unterschiedlichen Erscheinungen, die zu verschiedenen Zeiten und mit verschiedenen Mitteln entdeckt wurden und deshalb unterschiedliche Namen haben.
Letztlich aber blicken wir immer auf die Aktivitäten eines supermassiven zentralen Schwarzen Loches, nur aus unterschiedlichen Blickrichtungen, je nachdem wie die Galaxie zu uns orientiert ist und in unterschiedlichen Aktivitätszyklen der galaktischen Zentren:
Der Aufbau ist immer der:
Ein zentrales supermassives Schwarzes Loch ist von einer, teilweise sehr heißen, Akkretionsscheibe umgeben. Senkrecht dazu werden zwei gewaltige Plasmaströme (Jets) ausgesandt, die weit außerhalb der Galaxie das intergalaktische Medium so zusammengedrückt haben, dass es Staueffekte mit Radiostrahlung gibt.
Die Akkretionsscheibe selbst ist noch von einem kühlen Staubring umgeben, der sie teilweise abdecken kann.
Quasar:
Akkretionsscheibe sehr heiß, strahlt viel Energie ab
Seyfert-Galaxie:
weniger aktiver Quasar
Blazar:
Einer der Jets zeigt auf uns
BL-Lacertae-Objekt:
Blazar mit weniger intensivem Jet
Radiogalaxie:
Wir blicken seitwärts auf die beiden Jets und sehen die von dne Jetspitzen aufgestauten Gebiete des intergalaktischen Gases in Form der dort erzeugten Radiostrahlung ("Radioblasen").
Es gibt noch einige andere Bezeichnungen, aber die hier erwähnten sind die häufigsten.
Bild 1: Modell der Radiogalaxie Cyg A (Chandra, Harvard)
Biold 2: Radioblasen bei 5 GHz von Cyg A, VLA, NRAO)
In dieser Postserie stelle ich in lockerer Folge Begriffe und ihre Erklärungne zusammen. Sie werdne mit Gloassar gelabelt. Damit kann man sich durch Anklicken dieses Labels einmal alle Inhalte, wie in einem Gloassr zusammenstellen.
AGN: Active galactic nucleus = Aktiver galaktischer Kern
Extrem helle aktive Region im Zentrum einer Galaxie, die ihre Energie durch den Einfall von Gas und Staub in ein großes Schwarzes Loch bekommt.
Its oft heller als die ganze Galaxie und strahl in allen Bereichen, von der Gama- bis zur Radiostrahlung.
Besodners aktive AGN nennt man auch Quasare.
Fliegt die abgegebene Strahlung in Form eines Jets direkt auf die Erde zu, so spircht man auch vom Blazar.
Das Bild zeigt den AGN im Inneren der Galaxie Markarian 509
Bild: ESA/Hubble
Quasare sind aktive Kerne in Galaxien, bei denen riesige Schwarze Löcher gewaltige Energien freisetzen. Bei der Rotverschiebung z = 2,95 (da sehen wir den Kosmos 4 Milliarden Jahre nach seiner Entstehung, er hatte damals nur 1/4 seiner heutigen Größe) konnte sogar ein Doppel-Quasar gefunden werden.
Die beiden etwa 10 000 Lichtjahre voneinander entfernten Quasare stecken höchst wahrscheinlich in zwei miteinander gerade verschmelzenden Galaxien.
Sie wurden mit dem Gemini-North Observatorium in Chile untersucht, dabei konnten auch die Spektren analysiert werden. Es zeigten sich zwei typische Quasarspektren mit identischen Rotverschiebungen (Entfernungen). Die Spektren sind sehr ähnlich (siehe Bild), aber es gibt auch deutliche Unterschiede in der Breite von Spektrallinien.
Letztlich kann ein solches Doppelbild auch über eine Gravitationslinse erzeugt werden. Es gibt aber keine Anhaltspunkte für eine geeignete Vordergrundgalaxie.
Gleichwohl diskutieren die Autoren diese Möglichkeit in ihrem Paper sehr ausführlich.
Hier die Aufnahmen der beiden Quasare.
Das sieht sehr unspektakulär aus, reicht aber für aussagekräftige Spektren sehr wohl.
Nachdenklich stimmt mich das in der Pressemitteilung veröffentlichte Bild.
Es ist garantiert keine echte Aufnahme (wird aber nirgend direkt gesagt).
Gründe: Gemini- North hat ein Auflösungsvermögen von ungefähr 0",1. Die beiden Quasare sind am Himmel etwa 0",5 voneinander entfernt. Das passt auch gut zu dem echten Bild.
Die vielen Details hier in dieser Aufnahme können überhaupt nicht aufgenommen worden sein.
Die ESO würde das eindeutig eine künstlerische Darstellung nennen.....
Infos zu den Gemini-Teleskopen:
Zwei je 8,1 m Teleskope stehen sowohl auf der Nord- als auch der Südhalbkugel (dort in Chile, in der Nähe von La Silla).
Das Teleskop Gemini-N steht auf dem 4100 m hohen Vulkan Mauna Kea auf Hawaii.
Die Gemini-Teleskope sind ein Gemeinschaftsprojekt der USA und Kanada, seit etwa 20 Jahren in Betrieb. Auch sie nutzen adaptive Optiken mit Lasersternen.
Bild 1: Pressbild mit Beschriftung (als Illustration bezeichnet)
Bild 2: Pressebild ohne Beschriftung
Bild 3: Echtes Bild in der Veröffentlichung
Bild 4: Spektren der beiden Quasare
credit: Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/Shen, Cheng, Wang, Liu et al.
Embargo bis Mo, 14.00 Uhr
P172+18 ist die Bezeichnung eines Quasars, dessen Strahlung zu uns 13 Milliarden Jahre unterwegs war.
(Es ist wohltuend zu bemerken, dass in Pressemeldungen nicht mehr von einer Entfernung von 13 Milliarden Lichtjahren gesprochen wird, denn das wäre nur in einem nicht gekrümmten, nicht expandierenden Unversum der Fall).
Quasare sind Entwicklungsstadien der Zentralbereiche von Galaxien, in denen supermassive Schwarze Löcher besondere Aktivitäten entfalten, z.B. durch Einverleiben von zerrissenen Sternen oder Gaswolken.
Etwa 10% dieser Quaare entwickeln jetartige Auswürfe, die intensive Radiostrahlung abgeben.
P172+18 ist der unter diesne Objekten mit der größten Entfernung zu uns. Wir sehen ihn in einem nur 780 Millionen Jahre alten Universum.
Die gewaltige Aktivität muss von einem etwa 300 Millionen Sonnenmassen großen Schwarzen Loch angetrieben werden.
In der heute im ApJ erscheinenden Arbeit gehen die Forschenden davon aus, dass der Entfernungsrekord bald gebrochen wird und wir mehr solcher extrem weit entfernten Objekte finden werden.
Das Bild zeigt eine künstlerische Darstellung. So könnte P172+18 aussehen (ESO/Kornmesser)
Pressemeldung vom Deutschen SOFIA - Institut:
Quasare – quasi-stellare Radioquellen – sind die leuchtkräftigsten Objekte im Universum, deren energiereiche Strahlung durch den Materieeinfall in das massereiche Schwarze Loch im Zentrum einer Galaxie erzeugt wird. Die daraus resultierende Strahlung ist so intensiv, dass sie das freie Gas, welches noch nicht zu Sternen und Planeten geworden ist, wegbläst und damit jede weitere Entstehung von Sternen in dieser Galaxie unterbindet - so die gängige Meinung. Jetzt haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit SOFIA eine Galaxie entdeckt, in der die Sternentstehung immer noch mit einer Rate von etwa 100 Sonnenmassen pro Jahr anhält, obwohl im Inneren das Schwarze Loch stark aktiv ist. Die Ergebnisse wurden jetzt im Astrophysical Journal publiziert.
„Das zeigt uns, dass aktive Schwarze Löcher die Geburt von Sternen
nicht unmittelbar beenden, was allerdings den aktuellen
wissenschaftlichen Annahmen widerspricht“, sagte Allison Kirkpatrick,
Juniorprofessorin an der University of Kansas und Co-Autorin dieser
Studie. „Wir müssen die Theorien, wie sich Galaxien entwickeln, neu
überdenken.“
Kirkpatrick hat die Galaxie CQ4479 in 5,25 Milliarden
Lichtjahren Entfernung kürzlich entdeckt und festgestellt, dass sich in
ihrem Zentrum ein spezieller sogenannter „kalter Quasar“
befindet. Das aktive Schwarze Loch von CQ4479 ernährt sich von seiner
Heimatgalaxie, hat aber noch nicht das gesamte kalte Gas verschlungen,
so dass weiterhin Sterne gebildet werden. Damit ist es den Forschern und
Forscherinnen zum ersten Mal gelungen, einen detaillierten Einblick in
einen „kalten Quasar“ zu bekommen und das Wachstum des Schwarzen Lochs,
die Geburtenrate von Sternen und die Menge des restlichen kalten Gases
zu messen.
„Wir waren überrascht, eine weitere skurrile Galaxie zu
sehen, die sich den gängigen Theorien widersetzt“, äußert sich Kevin
Cooke, Postdoktorand an der University of Kansas und Erstautor der
Veröffentlichung. "Wenn sich dieses Tandemwachstum fortsetzen würde,
hätte sich am Ende sowohl die Masse des Schwarzen Lochs als auch die
Menge der umgebenden Sterne verdreifacht.“
Quasare sind die hellsten und fernsten beobachtbaren Objekte in unserem Universum und daher sehr schwer zu untersuchen. Sie bilden sich, wenn aktive Schwarze Löcher immer mehr Materie aus ihrer Heimatgalaxie konsumieren. Dabei entstehen große Gravitationskräfte, die Materie kreist immer schneller um das Schwarze Loch, verliert durch Reibung bzw. Kollisionen Energie und wird letztendlich verschluckt. Dabei wird die Materie so stark erhitzt, dass sie hell leuchtet. Ein Quasar emittiert so viel Energie, dass seine Strahlkraft die der gesamten Galaxie übersteigt. Nach derzeitigen Theorien, wird das kalte Gas, das für die Entstehung neuer Sterne notwendig ist, durch diese starke Strahlung aus der Galaxie geblasen und somit die Entstehung weiterer Sterne beendet. Mit SOFIA ist es nun geglückt, die relativ kurze Zeitspanne zu untersuchen, in der die Sternentstehungsphase der Wirtsgalaxie den vernichtenden Kräften des Quasars trotzt.
Dazu hat SOFIA die infrarote Strahlung des Staubs detektiert, der durch den Prozess der Sternentstehung erwärmt wird. Das Team um Kevin Cooke und Allison Kirpatrick hat hierfür Messungen mit der High-resolution Airborne Wideband Camera-Plus (HAWC+) an Bord von SOFIA durchgeführt und die Sternentstehungsrate über die letzten 100 Millionen Jahre abgeschätzt. „SOFIA ermöglicht es uns, in das kurze Zeitfenster zu schauen, in dem die beiden Prozesse gleichzeitig ablaufen“, sagt Cooke. "Es ist das einzige Teleskop, das in der Lage ist, die Sternentstehung in dieser Galaxie zu beobachten, ohne dass sie von dem intensiv leuchtenden Quasar überstahlt wird.“
Der kurze Zeitraum, in dem die Sternentstehung dem verheerenden Einfluss des Quasars noch nicht unterlegen ist, ist gleichzeitig der Anfang vom Ende der Sternentstehungsphase einer Galaxie. Weitere Untersuchungen mit SOFIA müssen zeigen, ob andere Galaxien ebenfalls ein solches Stadium mit gleichzeitigem Wachstum des Schwarzen Lochs und Zunahme der Anzahl der Stern durchlaufen, bevor ihre Sternentstehungsphase endet. Auch mit dem James Webb Space Telescope der NASA, dessen Start für 2021 geplant ist, sind unter anderem Untersuchungen über die Auswirkungen von Quasaren auf die Gesamtstruktur ihrer Wirtsgalaxien vorgesehen.
Originalveröffentlichung:
Dying of the Light: An X-Ray Fading Cold Quasar at z ~ 0.405
Cooke, K. C. et al., 2020 ApJ 903 106
Anmerkung KPH: Normalerweise bearbeite ich solche Meldungen en und formuliere sie um. Aber schon zum zweiten Mal finde ich die Meldung vom SOFIA-Institut sprachlich so schön formuliert, dass ich sie gerne direkt weitergebe.
