Supermassive Schwarze Löcher helfen bei der Sternengeburt

Leuchtend orangefarbenes Merkmal, das einer seitlichen 8 ähnelt, umgeben von Gas von Orange bis Violett.

Dies ist eine Simulation der Gasverteilung in unseremMilchstraßeGalaxis. Die Galaxie selbst ist in diesem Bild winzig: Es ist die helle vertikale Struktur in der Mitte. Bemerken Sie die großen Blasen links und rechts von dieser Struktur? Es ist das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie, das diese Blasen verursacht, indem es das Gas wegbläst. Astronomen haben herausgefunden, dass Satellitengalaxien, die durch die gasarmen Hohlräume der Blasen wandern, mehr Sterne bilden als die außerhalb von ihnen. Bild über TNG Collaboration/ Dylan Nelson/MPG.


Supermassive Schwarze Löcher helfen

Supermassereiche Schwarze Löcherwerden oft beschrieben alsverschlingen, monster, riese, lauernund so weiter. Diese Worte lassen es klingen, als ob Schwarze Löcher ein Vorbote der Zerstörung wären. Es ist wahr ein Star, derwagt zu nahvielleicht bekommenspaghettifiziertund völlig zerstört durch die starke Gravitation eines Schwarzen Lochs. Außerdem sendet ein supermassives Schwarzes Loch oft massiv ausStrahlen der Zerstörung(besser bekannt alsJets). Aber vielleicht können Schwarze Löcher mehr als nur lauern und zerstören? Im Juni 2021 werden Astronomengenanntdass diese supermassiven Schwarzen Löcher neueSterngeburt!

Die neu entstehenden Sterne würden sich nicht in den großen Galaxien befinden, in denen sich supermassereiche Schwarze Löcher befinden. Stattdessen sind die neuen Sterne im KleinenSatellitengalaxiendie am Rande der größeren Galaxien existieren.


Diepeer-reviewedTagebuchNatur veröffentlichtdiese Untersuchung am 10. Juni 2021.

Diese Astronomen untersuchten die Daten von bis zu 124.163 Satellitengalaxien, die sich in den Außenbezirken von 29.631 großen Galaxien befinden, von denen jede glaubt, dass sie ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum haben.

Diese beeindruckende Datenmenge stammt aus dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ein ehrgeiziges Projekt, das seit über zwei Jahrzehnten den Himmel kartiert.

Große spiralförmige Alaxie, wahrscheinlich mit einem zentralen supermassiven Schwarzen Loch, mit 2 kleinen hellen Lichtflecken, Pfeilen und Beschriftungen.

Satellitengalaxien sind kleine Galaxien, die sich um eine große „reguläre“ Galaxie bewegen, hier repräsentiert durch Andromeda, auch bekannt als M31. Bild über Boris Štromar/NASA.




Supermassive Schwarze Löcher nicht nur destruktiv?

Nicht alle Astronomen finden die oft verwendeten Beschreibungen supermassereicher Schwarzer Löcher ganz fair. Krista Smith hat kürzlich ihre Gedanken darüber geäußert, wie supermassive Schwarze Löcher oft dargestellt werden:

Hören Sie auf, supermassereiche Schwarze Löcher zu dämonisieren. Sie „lauern“ nicht in galaktischen Zentren; das ist ihr Zuhause! Sie haben es gebaut! Sie sind keine „Monster“. Sie konsumieren nicht alles, was sie sehen. Halten Sie respektvollen Abstand und alles wird gut. Sie sind einfach schöne Riesen!

– Krista Lynne Smith (@Quasar_Gal)12. Mai 2021

Und tatsächlich, obwohl unvorstellbare Mengen an Energien im Spiel sind, die zugegebenermaßen einiges anrichten können, zeigt diese neue Forschung etwas anderes. Es beschreibt, wie die Energie eines zentralen supermassiven Schwarzen Lochs wegblasen kann – aus der Richtung der Jets –intergalaktisches Gasweit, weit draußen in den Außenbezirken des Galaxienhalos und bilden „Blasen“ im Gas. Wenn kleine Satellitengalaxien durch diese Blasen wandern, stellten die Astronomen fest, dass sie schneller neue Sterne bilden als sonst. Warum ist das so?


Donutförmiger Wirbel mit einem langen Jet, der sich von seinem Zentrum aus erstreckt, wahrscheinlich üblich für supermassive Schwarze Löcher.

Künstlerisches Konzept, das die Umgebung eines supermassiven Schwarzen Lochs zeigt, das typisch für das Herz vieler Galaxien ist. Das Schwarze Loch selbst ist von einer brillanten Akkretionsscheibe aus sehr heißem, einfallendem Material und weiter außen von einem staubigen Torus umgeben. Die Hochgeschwindigkeits-Materialstrahlen, die an den Polen des Schwarzen Lochs ausgestoßen werden, können große Entfernungen in den Weltraum ausdehnen. Bild über ESO/Wikimedia Commons.

Wie oft bilden sich Sterne?

Ihre durchschnittliche Galaxie wird nicht oft neue Sterne bilden. Zum Beispiel bildet unsere eigene Milchstraße nur etwa zwei Sterne pro Jahr. Um einen neuen Stern zu bilden, braucht man Gas. Jede Galaxie besteht aus Sternen und Gas (und Staub und dunkler Materie). Je mehr Gas, desto mehr Sterne können Sie bilden. Folglich variiert die Fähigkeit, Sterne zu bilden, von Galaxie zu Galaxie.

Manche Galaxien durchlaufen Wachstumsschübe. Diese nennt manStarburst-Galaxien. Sie bilden viel mehr Sterne als die Milchstraße, in der Größenordnung von einigen hundert Sternen pro Jahr. Und dann gibt es einige Galaxien, die kaum Sterne bilden.

Ein Beispiel der letzten Art sind die kleine Art vonSatellitengalaxiendie sich um größere drehen. Unsere Milchstraße hatmehrere, die bekanntesten sind dieGroßundKleine Magellansche Wolken(diese beiden sind von der südlichen Hemisphäre aus sichtbar).


Gegenwind durch Gas im intergalaktischen Medium

Satellitengalaxien bilden kaum Sterne, und Astronomen vermuten seit vielen Jahrzehnten, dass es daran liegt, dass das intergalaktische Medium (IGM), die zwischen Galaxien vorhanden sind, ihr Gas abstreifen. Das Gas im intergalaktischen Medium ist extrem heiß und dünn; nur übereinerAtom pro Kubikmeter oder weniger. Das kann man mit Gas zwischen den Sternen vergleicheninnerhalbeine Galaxie – dieinterstellares Medium– das ein Atom pro Kubikzentimeter hat (etwa die Größe von adie).

Auch wenn das intergalaktische Gas unvorstellbar dünn ist, wirkt es auf Galaxien, die sich darin bewegen, wie ein Gegenwind, den man beim Motorradfahren spüren würde. Es wirkt sich nicht auf die bereits existierenden Sterne in der kleinen Galaxie aus. Aber um zu machenNeuSterne brauchen Sie Gas, und das Gas der Galaxie – das Material für die Herstellung von Sternen – wird definitiv von dem Gas beeinflusst, auf das es trifft, wenn sich die Galaxie durch sie hindurch bewegt, und es wird entfernt. Folglich ist nicht mehr genug Gas vorhanden, um neue Sterne zu bilden, und die Galaxie wird unfruchtbar, wenn man so will. Astronomen nennen diesen Effekt des Gasverlusts während der Fahrt durch das IGMStaudruck-Strippen.

Dies ist ein sehr zeitaufwändiger Prozess und wir können nichts in Echtzeit beobachten. Stattdessen nehmen Astronomen Hilfe von Simulationen, um herauszufinden, was vor sich gehen könnte.

Eine Spiralgalaxie mit einem sehr langen, quallenartigen 'Schwanz' von Gas.

Ein Beispiel für eine Galaxie, die ihr Sternentstehungsgas verliert aufgrund vonStaudruck-Strippenwird als Quallengalaxie bezeichnet. Dieser, ESO 137-001, wurde mit dem Hubble-Weltraumteleskop und dem Chandra-Röntgenobservatorium beobachtet. Hier kann es zu kurzzeitiger Sternentstehung in den „Tentakeln“ der Galaxie kommen, aber noch weniger innerhalb der Galaxie, nachdem das Gas verschwunden ist. Bild überNASA Goddard Spaceflight Center.

Eine Mittagspause und ihre Folgen

In einer Mittagspause am Max-Planck-Institut diskutierten zwei Astronomen – ein Theoretiker und ein Beobachter. Der Theoretiker,Annalisa Pillepich, hatte eine spezielle Art von Simulation gemacht (siehe Bild oben in diesem Artikel). Der Beobachter,Ignacio Martin-Navarro, war ein Spezialist für die Arbeit mit großen Datensätzen wie dem SDSS.

In der Simulation fand Pillepich auf beiden Seiten der Galaxie Blasen mit viel geringerer Gasdichte im intergalaktischen Gas, die durch die Aktivität des supermassiven Schwarzen Lochs in seinem Zentrum verursacht wurden. Seine Strahlen strecken sich von der Akkretionsscheibe in jede Richtung aus und blasen Gas weg wie ein Laubbläser, der im Herbst Blätter räumt. Die beiden Astronomen überlegten: Was würde mit Satellitengalaxien passieren, die durch diese leeren Hohlräume reisen?

Eine Stellungnahme des Max-Planck-Institutsgenannt:

Martín-Navarro hat diese Frage in seinem eigenen Bereich aufgegriffen. Er hatte umfangreiche Erfahrung in der Arbeit mit Daten aus einer der bisher größten systematischen Durchmusterungen: dem Sloan Digital Sky Survey (SDSS), der qualitativ hochwertige Bilder eines großen Teils der nördlichen Hemisphäre liefert … Er untersuchte 30.000 Galaxiengruppen und -haufen, jede enthält eine Zentralgalaxie und durchschnittlich vier Satellitengalaxien.

Was sie fanden, war eine Überraschung: Es gabmehraktiv sternbildende Satellitengalaxien in die Richtung, in die das supermassereiche Schwarze Loch seine Energie ausstößt.

Warum ist das eine Überraschung? Denn man könnte meinen, dass die Energie des supermassereichen Schwarzen Lochs die Sternentstehung stören und ausblasen würde, wie ein Wind eine Kerze ausbläst. Stattdessen, sagten diese Astronomen, ebnen die Ausflüsse des Schwarzen Lochs den Weg im intergalaktischen Medium, so dass durchreisende Satellitengalaxien nicht davon beeinflusst werden und ihre fortlaufende Sternentstehung bewahren. Im Durchschnitt war die Wahrscheinlichkeit, dass bei diesen Galaxien ihre Sternentstehungsaktivität gelöscht wurde, um 5 % geringer.

Junger Mann mit Brille und Bart, neben einem Baum.

Ignacio Martin-Navarro ist der Hauptautor einer neuen Studie, die herausfand, dass Satellitengalaxien schneller Sterne bilden als sonst, wenn sie durch Gebiete reisen, die vom supermassiven Schwarzen Loch einer zentralen Galaxie ausgeblasen werden. Bild überI. Martin-Navarro.

Glühende Schleife um einen hellen Punkt, von dem Rauch direkt auf und ab bläst.

Künstlerische Darstellung, wenn ein Stern einem supermassiven Schwarzen Loch zu nahe kommt und zerfetzt wird (aka aGezeitenstörungsereignis). Bild überDESY/ Labor für Wissenschaftskommunikation.

Fazit: Astronomen fanden heraus, dass supermassive Schwarze Löcher große blasenähnliche Bereiche am Rande ihrer Wirtsgalaxien löschen können. Wenn kleine Satellitengalaxien durch diese Gebiete reisen, werden sie mehr Sterne bilden als sonst.

Quelle: Anisotropes Löschen von Satellitengalaxien, moduliert durch die Aktivität Schwarzer Löcher

Über die Max-Planck-Gesellschaft