Astronomen stellen fest, dass eiförmige Galaxien möglicherweise auf die Schwarzen Löcher in ihrem Herzen ausgerichtet sind

Schwarze Löcher haben nicht viele Erkennungsmerkmale. Es gibt sie in einer Farbe (schwarz) und einer Form (kugelförmig). Der Hauptunterschied zwischen Schwarzen Löchern ist die Masse: Einige wiegen etwa so viel wie ein Stern wie unsere Sonne, während andere etwa eine Million Mal mehr wiegen. Schwarze Löcher mit stellarer Masse können überall in einer Galaxie gefunden werden, aber die wirklich großen (sogenannten supermassereichen Schwarzen Löcher) befinden sich in den Kernen von Galaxien.

Diese supermassereichen Giganten sind aus kosmischer Sicht immer noch recht klein, enthalten typischerweise nur etwa 1 % der Masse ihrer Muttergalaxie und erstrecken sich nur auf ein Millionstel ihrer Breite.

Wie wir jedoch gerade herausgefunden haben, besteht ein überraschender Zusammenhang zwischen dem, was in der Nähe des Schwarzen Lochs geschieht, und der Form der gesamten Galaxie, die es umgibt. Unsere Ergebnisse werden veröffentlicht in Naturastronomie.

Wenn schwarze Löcher aufleuchten

Supermassive Schwarze Löcher sind ziemlich selten. Unsere Milchstraßengalaxie hat eines in ihrem Zentrum (mit dem Namen Sagittarius A*), und viele andere Galaxien scheinen ebenfalls ein einzelnes supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Kern zu beherbergen.

Unter den richtigen Umständen können Staub und Gas, die in diese galaktischen Kerne fallen, eine Scheibe aus heißer Materie um das Schwarze Loch bilden. Diese „Akkretionsscheibe“ wiederum erzeugt einen überhitzten Strahl geladener Teilchen, die mit unglaublichen Geschwindigkeiten, nahe der Lichtgeschwindigkeit, aus dem Schwarzen Loch geschleudert werden.

Wenn ein supermassereiches Schwarzes Loch auf diese Weise aufleuchtet, nennen wir es einen Quasar.

Wie man einen Quasar beobachtet

Um einen guten Blick auf Quasarjets zu werfen, nutzen Astronomen häufig Radioteleskope. Tatsächlich kombinieren wir manchmal Beobachtungen von mehreren Radioteleskopen, die sich in verschiedenen Teilen der Welt befinden.

Mit einer Technik namens „Very-Long-Baseline-Interferometrie“ können wir tatsächlich ein einzelnes Teleskop so groß machen wie die gesamte Erde. Dieses riesige Auge kann feine Details viel besser auflösen als jedes einzelne Teleskop.

Dadurch können wir nicht nur Objekte und Strukturen sehen, die viel kleiner sind als mit bloßem Auge, sondern wir können es auch besser als mit dem James Webb-Weltraumteleskop.

Mit dieser Technik wurde 2019 das erste „Schwarze-Loch-Bild“ erstellt, das den Lichthof zeigt, der um das supermassereiche Schwarze Loch in der Galaxie M87 erzeugt wird.

Quasarjets, die mithilfe der Interferometrie mit sehr langer Basislinie nachgewiesen werden können, können Millionen von Lichtjahren lang sein und kommen fast immer in elliptischen Galaxien vor. Mithilfe der Interferometrie mit sehr langer Basislinie können wir sie bis zu einer Entfernung von etwa einigen Lichtjahren von ihrem Ursprungsschwarzen Loch aus beobachten.

Die Richtung des Jets in der Nähe seiner Quelle sagt uns etwas über die Ausrichtung der Akkretionsscheibe und damit möglicherweise über die Eigenschaften des Schwarzen Lochs selbst.

Verbindung zur Wirtsgalaxie

Was ist mit den Wirtsgalaxien? Eine Galaxie ist ein dreidimensionales Objekt, das aus Hunderten Milliarden Sternen besteht.

Aber es erscheint uns (optisch oder infrarot beobachtet) in der Projektion entweder als Ellipse oder als Spirale. Wir können die Form dieser Galaxien messen, indem wir das Profil des Sternenlichts verfolgen und die lange und kurze Achse der zweidimensionalen Form messen.

In unserer Arbeit haben wir die Richtung der Quasarjets mit der Richtung dieser kürzeren Achse der Galaxienellipse verglichen und festgestellt, dass sie tendenziell in die gleiche Richtung zeigen. Diese Ausrichtung ist statistisch signifikanter, als man erwarten würde, wenn beide zufällig ausgerichtet wären.

Dies ist überraschend, da das Schwarze Loch im Vergleich zur Muttergalaxie (die Hunderttausende oder sogar Millionen Lichtjahre groß sein kann) so klein ist (die von uns gemessenen Jets sind nur wenige Lichtjahre lang).

Es ist überraschend, dass ein so relativ kleines Objekt die Umwelt in so großem Maßstab beeinflussen oder von ihr beeinflusst werden kann. Wir könnten eine Korrelation zwischen dem Jet und der lokalen Umgebung erwarten, aber nicht mit der gesamten Galaxie.

Wie Galaxien entstehen

Sagt das etwas über die Art und Weise, wie Galaxien entstehen?

Spiralgalaxien sind vielleicht die bekannteste Art von Galaxien, aber manchmal kollidieren sie mit anderen Spiralgalaxien und bilden elliptische Galaxien. Wir sehen diese dreidimensionalen eiförmigen Kleckse als zweidimensionale Ellipsen am Himmel.

Der Verschmelzungsprozess löst Quasaraktivität auf eine Weise aus, die wir nicht vollständig verstehen. Infolgedessen befinden sich fast alle Quasarjets, die mithilfe der Interferometrie mit sehr langer Basislinie nachgewiesen werden können, in elliptischen Galaxien.

Die genaue Interpretation unserer Ergebnisse bleibt rätselhaft, ist aber wichtig im Zusammenhang mit der jüngsten Entdeckung von hochmassereichen Quasaren (mit massereichen Schwarzen Löchern) durch das James Webb-Weltraumteleskop, die sich im Universum viel früher als erwartet gebildet haben. Offensichtlich muss unser Verständnis darüber, wie Galaxien entstehen und welchen Einfluss Schwarze Löcher darauf haben, aktualisiert werden.

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