Wissenschaftler enthüllen mit dem Green Bank Telescope die Geheimnisse des Aufstoßens eines Schwarzen Lochs

Das Green Bank Telescope (GBT) der NSF hat neue Informationen über mysteriöse Radioblasen enthüllt, die ein supermassereiches Schwarzes Loch umgeben.

In einem neuen Artikel, der den Galaxienhaufen MS0735 untersucht, „betrachten wir einen der energiereichsten Ausbrüche, die jemals von einem supermassiven Schwarzen Loch beobachtet wurden“, sagt Jack Orlowski-Scherer, Hauptautor dieser Veröffentlichung, „das passiert, wenn Sie füttere ein schwarzes Loch und es stößt heftig eine riesige Menge Energie aus.“ Zum Zeitpunkt der Studie war Jack Doktorand an der University of Pennsylvania und ist jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter an der McGill University in Montreal, Quebec.

Supermassereiche Schwarze Löcher befinden sich tief in den Zentren der riesigen Galaxien im Herzen von Galaxienhaufen. Die mit Plasma gefüllten Atmosphären von Galaxienhaufen sind unglaublich heiß – etwa 50 Millionen Grad Celsius – aber diese heißen Temperaturen kühlen normalerweise im Laufe der Zeit ab, wodurch neue Sterne entstehen können. Manchmal erwärmt das Schwarze Loch das es umgebende Gas durch heftige Ausbrüche, die aus seinem Zentrum austreten, und verhindert so die Abkühlung und Sternentstehung in einem Prozess, der als Rückkopplung bezeichnet wird.

Diese mächtigen Jets schneiden riesige Hohlräume in das heiße Cluster-Medium, drücken dieses heiße Gas weiter vom Cluster-Zentrum weg und ersetzen es durch radioemittierende Blasen. Die Verschiebung eines so großen Gasvolumens erfordert eine enorme Energiemenge (mehrere Prozent der gesamten thermischen Energie im Clustergas), und es ist für Astrophysiker von großem Interesse zu verstehen, woher diese Energie kommt. Indem sie mehr darüber erfahren, was beim Ausfüllen dieser Hohlräume zurückbleibt, können Astronomen ableiten, was sie überhaupt verursacht hat.

Das Astronomenteam verwendete den MUSTANG-2-Empfänger am GBT, um MS0735 mithilfe des Sunyaev-Zeldovich (SZ)-Effekts abzubilden, einer subtilen Verzerrung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) aufgrund von Streuung durch heiße Elektronen im Clustergas. Zum Kontext: Das CMB wurde 380.000 Jahre nach dem Urknall emittiert und ist das Nachleuchten der Entstehung unseres Universums vor 13,8 Milliarden Jahren. Bei etwa 90 GHz, wo MUSTANG-2 beobachtet, misst das Signal des SZ-Effekts hauptsächlich den thermischen Druck.

„Mit der Leistung von MUSTANG-2 können wir in diese Hohlräume sehen und beginnen, genau zu bestimmen, womit sie gefüllt sind und warum sie unter Druck nicht kollabieren“, erklärt Tony Mroczkowski, Astronom der Europäischen Südsternwarte wer war Teil dieser neuen Forschung.

Diese neuen Erkenntnisse sind die bisher tiefsten hochauflösenden SZ-Bilder des thermodynamischen Zustands von Hohlräumen in einem Galaxienhaufen und bestätigen frühere Entdeckungen, dass zumindest ein Teil der Druckunterstützung in den Hohlräumen auf nicht-thermische Quellen wie relativistische Teilchen zurückzuführen ist , kosmische Strahlung und Turbulenzen sowie einen kleinen Beitrag von Magnetfeldern.

„Wir wussten, dass dies ein aufregendes System ist, als wir den Funkkern und die Keulen bei niedrigen Frequenzen untersuchten, aber wir beginnen erst jetzt, das vollständige Bild zu sehen“, erklärt Co-Autorin Tracy Clarke, Astronomin am US Naval Research Laboratory und VLITE Projektwissenschaftler, der an einer früheren Funkstudie dieses Systems mitverfasst war.

Im Gegensatz zu früheren Forschungen berücksichtigt die neue, vom GBT erstellte Bildgebung die Möglichkeit, dass die Druckunterstützung innerhalb der Blasen nuancierter sein könnte als bisher angenommen, indem sowohl thermische als auch nicht-thermische Komponenten gemischt werden. Zusätzlich zu den Radiobeobachtungen integrierte das Team vorhandene Röntgenbeobachtungen des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA, die eine ergänzende Ansicht des von MUSTANG-2 gesehenen Gases bieten.

Zukünftige Beobachtungen über mehrere Frequenzen hinweg können genauer feststellen, wie exotisch der Ausbruch des Schwarzen Lochs ist. „Diese Arbeit wird uns helfen, die Physik von Galaxienhaufen besser zu verstehen und das Problem der Rückkopplung von Kühlströmen, das viele von uns seit einiger Zeit beschäftigt“, fügt Orlowski-Scherer hinzu.

Diese Arbeit ist in der neuesten Ausgabe des Journal of veröffentlicht Astronomie & Astrophysik.