Winde von Schwarzen Löchern können die Entwicklung umliegender Galaxien beeinflussen

Gaswolken in einer weit entfernten Galaxie werden durch Strahlungsstöße des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie immer schneller – mit mehr als 16.000 Kilometern pro Sekunde – zwischen benachbarte Sterne hinausgeschoben. Diese Entdeckung hilft dabei, zu verstehen, wie aktive Schwarze Löcher ihre Galaxien kontinuierlich formen können, indem sie die Entwicklung neuer Sterne anregen oder unterbinden.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Catherine Grier, Astronomieprofessorin an der University of Wisconsin–Madison, und Robert Wheatley, dem jüngsten Absolventen, entdeckte das beschleunigende Gas anhand jahrelanger Daten von einem Quasar, einem besonders hellen und turbulenten Schwarzen Loch, Milliarden Lichtjahre entfernt im Sternbild Boötes. Sie präsentierten ihre Ergebnisse heute auf der 244. Treffen der American Astronomical Society in Madison.

Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich im Zentrum der meisten Galaxien schwarze Löcher befinden. Quasare sind supermassive schwarze Löcher, die von Materiescheiben umgeben sind, die von der enormen Gravitationskraft des schwarzen Lochs angezogen werden.

„Das Material in dieser Scheibe fällt ständig in das Schwarze Loch, und die Reibung dieses Ziehens und Ziehens heizt die Scheibe auf und macht sie sehr, sehr heiß und sehr, sehr hell“, sagt Grier. „Diese Quasare sind wirklich leuchtkräftig, und da es vom Inneren bis in die entfernteren Teile der Scheibe eine große Temperaturspanne gibt, deckt ihre Emission fast das gesamte elektromagnetische Spektrum ab.“

Das helle Licht macht Quasare sichtbar, die beinahe so alt sind wie das Universum (bis zu 13 Milliarden Lichtjahre entfernt), und aufgrund der großen Bandbreite ihrer Strahlung sind sie für Astronomen bei der Erforschung des frühen Universums besonders nützlich.

Die Forscher nutzten mehr als acht Jahre Beobachtungen eines Quasars namens SBS 1408+544, gesammelt von einem Programm der Digitale Sloan-Himmelsdurchmusterung heute als Black Hole Mapper Reverberation Mapping Project bekannt. Sie verfolgten Winde aus gasförmigem Kohlenstoff, indem sie fehlendes Licht des Quasars entdeckten – Licht, das vom Gas absorbiert wurde. Doch anstatt genau an der richtigen Stelle im Spektrum absorbiert zu werden, die auf Kohlenstoff hindeuten würde, verschob sich der Schatten mit jedem neuen Blick auf SBS 1408+544 weiter von seiner Heimat weg.

„Diese Verschiebung sagt uns, dass sich das Gas schnell bewegt, und zwar immer schneller“, sagt Wheatley. „Der Wind beschleunigt sich, weil er von der Strahlung angetrieben wird, die von der Akkretionsscheibe abgeblasen wird.“

Wissenschaftler, darunter auch Grier, haben angedeutet, dass sie bereits zuvor beschleunigte Winde von Akkretionsscheiben schwarzer Löcher beobachtet hätten, doch diese Annahme wurde bisher nicht durch mehr als ein paar Beobachtungsdaten untermauert. Die neuen Ergebnisse stammen aus etwa 130 Beobachtungen von SBS 1408+544, die über fast ein Jahrzehnt hinweg durchgeführt wurden. Dadurch konnte das Team die Geschwindigkeitszunahme mit hoher Sicherheit eindeutig bestimmen.

Die Winde, die Gas aus dem Quasar herausdrücken, sind für die Astronomen von Interesse, da sie eine Möglichkeit darstellen, wie die supermassereichen Schwarzen Löcher auf die Entwicklung der sie umgebenden Galaxien Einfluss nehmen könnten.

„Wenn sie energiereich genug sind, könnten die Winde bis in die Heimatgalaxie vordringen und dort erhebliche Auswirkungen haben“, sagt Wheatley.

Je nach den Umständen könnten die Winde eines Quasars Druck erzeugen, der das Gas zusammenpresst und die Geburt eines Sterns in seiner Heimatgalaxie beschleunigt. Oder sie könnten den Brennstoff wegspülen und die Entstehung eines potenziellen Sterns verhindern.

„Supermassive Schwarze Löcher sind zwar groß, aber im Vergleich zu ihren Galaxien wirklich winzig“, sagt Grier. „Das heißt nicht, dass sie nicht miteinander ’sprechen‘ können, und diese Möglichkeit, wie sie miteinander kommunizieren, müssen wir berücksichtigen, wenn wir die Auswirkungen dieser Art von Schwarzen Löchern modellieren.“

Die Studie von SBS 1408+544, veröffentlicht heute in Das Astrophysikalische Journal Darunter waren Mitarbeiter der York University, der Pennsylvania State University, der University of Arizona und anderer.