Die ultraschnellen Weltraumwinde, die die Entwicklung von Galaxien prägen

Sie werden UFOs genannt, aber Aliens haben nichts mit ihnen zu tun. Sie sind die ultraschnellen Ausströmungen: Weltraumwinde, die aus der Umgebung von supermassereichen Schwarzen Löchern auftauchen und mit nahezu Lichtgeschwindigkeit wehen. Ein internationales Forscherteam hat dieses noch wenig verstandene Phänomen erforscht und nach diesen Gasemissionen gesucht, die entscheidend für das Verständnis der Mechanismen sind, die das Verhalten supermassiver Schwarzer Löcher in ihrer aktiven Phase regulieren.

Das Forschungsprojekt heißt SUBWAYS (SUPer massive Black hole Winds in the x-rAYS) und die ersten Ergebnisse wurden in zwei wissenschaftlichen Arbeiten veröffentlicht Astronomie & Astrophysik. Die erste davon, die von Wissenschaftlern der Universität Bologna und des INAF geleitet wird, basiert hauptsächlich auf Daten, die vom XMM-Newton-Weltraumteleskop der ESA stammen.

Die Wissenschaftler analysierten 22 aktive galaktische Kerne (AGN), dh die Regionen, die supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien umgeben und enorme Strahlungsmengen über das gesamte elektromagnetische Spektrum emittieren, wenn sich Schwarze Löcher in der aktiven Phase befinden. Die Untersuchung zeigte, dass in etwa 30 % der analysierten aktiven galaktischen Kerne Weltraumwinde mit Geschwindigkeiten zwischen 10 % und 30 % der Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind.

„Diese Ergebnisse ermöglichen es uns, mit größerer Sicherheit festzustellen, dass ein erheblicher Teil der aktiven galaktischen Kerne ultraschnelle Winde, sogenannte UFOs, ultraschnelle Ausflüsse beherbergt“, erklärt Marcella Brusa, Professorin an der Universität Bologna und INAF-Mitarbeiterin sowie Koordinatorin des gesamten SUBWAYS-Projekts. „Und wir konnten bestätigen, dass die Intensität dieser Gasströme ausreicht, um das Ökosystem ihrer Galaxien maßgeblich zu verändern.“

Zwischen einem supermassiven Schwarzen Loch und der es umgebenden Galaxie besteht tatsächlich eine enge Beziehung, die ihre Entstehung und Entwicklung wechselseitig beeinflusst. Die Mechanismen, die diese wechselseitige Beziehung antreiben, sind noch kaum verstanden, aber zu den wichtigsten Zutaten könnten die ultraschnellen Winde gehören, die von aktiven galaktischen Kernen ausgestrahlt werden.

Diese starken Emissionen entstehen, wenn ein Teil des Gases in der Akkretionsscheibe nach außen geschleudert wird, wodurch ein Teil der produzierten Materie und Energie in den interstellaren Raum übertragen wird, ein Mechanismus, der wichtige Auswirkungen auf die Regulierung des Prozesses der Sternentstehung hat.

Um UFOs zu erkennen, werden im Röntgenbereich emittierte Spektren analysiert, wobei nach Absorptionen gesucht wird, die durch die Anwesenheit von hochionisierten Materialien wie Eisen erzeugt werden. Dieses Phänomen ist auf die extremen Temperaturen – bis zu zehn Millionen Grad – zurückzuführen, die in der Nähe von supermassiven Schwarzen Löchern erzeugt werden.

Vor diesem Hintergrund gelang es den SUBWAYS-Wissenschaftlern, mit dem XMM-Newton-Röntgen-Weltraumteleskop der ESA 1,6 Millionen Sekunden Beobachtungszeit (mehr als achtzehn Tage) zu erhalten. Sie erforschten daher 17 aktive galaktische Kerne im relativ nahen Universum (zwischen etwa 1,5 und 5 Milliarden Lichtjahren entfernt), zu denen sie Daten von weiteren 5 AGN hinzufügten, die bereits in früheren Beobachtungen gesammelt wurden.

„Diese Beobachtungen haben es uns ermöglicht, neue unabhängige Beweise für die Existenz hochionisierter Materie zu erhalten, die aus den innersten Regionen aktiver Galaxienkerne mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen wird“, sagt Gabriele Matzeu, Forscherin an der Universität Bologna, INAF Mitarbeiter und Erstautor des Papiers, das die Ergebnisse der UFO-Statistik präsentiert. „Diese Ergebnisse haben es uns ermöglicht, mehr über diese ultraschnellen Winde zu erfahren und ihre Rolle bei der Gestaltung des Evolutionsprozesses von Galaxien besser zu verstehen.“

Das Ergebnis der Forschungsarbeit wurde in veröffentlicht Astronomie & Astrophysik im Artikel ‚Supermassive Black Hole Winds in X-rays: SUBWAYS. I. Ultraschnelle Abflüsse in Quasaren jenseits des lokalen Universums.‘

Astronomie & Astrophysik veröffentlichte auch das Begleitpapier „Supermassive Black Hole Winds in X-rays: SUBWAYS. II. HST-UV-Spektroskopie von Winden bei mittleren Rotverschiebungen“ unter der Leitung von Missagh Mehdipour (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), die dank des HST-Satelliten eine Studie über Gasströmungen mit geringerer Geschwindigkeit und geringerer Ionisation präsentiert, die im ultravioletten Band sichtbar sind.