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Quasar-Tsunamis-Träne durch den interstellaren Raum, die Galaxien verwüstet

Galaxie mit einem aktiven Quasar

Dies ist eine Illustration einer fernen Galaxie mit einem aktiven Quasar im Zentrum. Ein Quasar emittiert außergewöhnlich große Energiemengen, die von einem supermassiven Schwarzen Loch erzeugt werden, das von unfehlbarer Materie angetrieben wird. Mithilfe der einzigartigen Fähigkeiten des Hubble-Weltraumteleskops haben Astronomen entdeckt, dass der blasige Strahlungsdruck aus der Nähe des Schwarzen Lochs das Material mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit vom Zentrum der Galaxie wegdrückt. Die „Quasarwinde“ treiben jedes Jahr Hunderte von Sonnenmassen an Material an. Dies betrifft die gesamte Galaxie, da das Material in das umgebende Gas und den Staub schneebedeckt wird. Bildnachweis: NASA, ESA und J. Olmsted (STScI)

Nutzung der einzigartigen Funktionen von NASA’S Hubble-WeltraumteleskopEin Team von Astronomen hat die energischsten Abflüsse entdeckt, die jemals im Universum beobachtet wurden. Sie gehen von Quasaren aus und reißen wie Tsunamis durch den interstellaren Raum und verwüsten die Galaxien, in denen die Quasare leben.

Quasare sind extrem entfernte Himmelsobjekte, die außergewöhnlich viel Energie abgeben. Quasare enthalten supermassereiche Schwarze Löcher, die von unfehlbarer Materie angetrieben werden und 1000-mal heller leuchten können als ihre Wirtsgalaxien mit Hunderten von Milliarden Sternen.

Als die schwarzes Loch verschlingt Materie, heißes Gas umgibt sie und sendet intensive Strahlung aus, wodurch der Quasar entsteht. Winde, die durch blasigen Strahlungsdruck aus der Nähe des Schwarzen Lochs angetrieben werden, drücken Material vom Zentrum der Galaxie weg. Diese Abflüsse beschleunigen sich auf atemberaubende Geschwindigkeiten, die einige Prozent der Lichtgeschwindigkeit betragen.

„Kein anderes Phänomen trägt mehr mechanische Energie. Über die Lebensdauer von 10 Millionen Jahren produzieren diese Abflüsse eine Million Mal mehr Energie als ein Gammastrahlenausbruch “, erklärte der Untersuchungsleiter Nahum Arav von Virginia Tech in Blacksburg, Virginia. „Die Winde drücken jedes Jahr Hunderte von Sonnenmassen an Material. Die Menge an mechanischer Energie, die diese Abflüsse tragen, ist bis zu mehreren hundert Mal höher als die Leuchtkraft des gesamten Milchstraße Galaxis.”

Der Quasar windet Schneepflug über die Scheibe der Galaxie. Material, das sonst neue Sterne gebildet hätte, wird gewaltsam aus der Galaxie gefegt, wodurch die Geburt des Sterns aufhört. Strahlung drückt das Gas und den Staub in weitaus größere Entfernungen als bisher angenommen, wodurch ein galaxienweites Ereignis entsteht.

Während dieser kosmische Tsunami in interstellares Material eindringt, steigt die Temperatur an der Schockfront auf Milliarden Grad, wo das Material hauptsächlich in Röntgenstrahlen, aber auch weit über das Lichtspektrum leuchtet. Jeder, der dieses Ereignis miterlebt, würde eine brillante Himmelsdarstellung sehen. “Sie erhalten zuerst viel Strahlung in Röntgen- und Gammastrahlen, und danach sickert sie in sichtbares und infrarotes Licht ein”, sagte Arav. “Du bekommst eine riesige Lichtshow – wie Weihnachtsbäume in der ganzen Galaxie.”

Numerische Simulationen der Galaxienentwicklung legen nahe, dass solche Abflüsse einige wichtige kosmologische Rätsel erklären können, z. B. warum Astronomen so wenige große Galaxien im Universum beobachten und warum es eine Beziehung zwischen der Masse der Galaxie und der Masse ihres zentralen Schwarzen Lochs gibt. Diese Studie zeigt, dass solch starke Quasarabflüsse im frühen Universum vorherrschen sollten.

„Sowohl Theoretiker als auch Beobachter wissen seit Jahrzehnten, dass es einen physikalischen Prozess gibt, der die Sternentstehung in massiven Galaxien abschaltet, aber die Natur dieses Prozesses war ein Rätsel. Das Einbeziehen der beobachteten Abflüsse in unsere Simulationen löst diese herausragenden Probleme in der galaktischen Evolution “, erklärte der renommierte Kosmologe Jeremiah P. Ostriker von Universität von Columbia in New York und Princeton Universität in New Jersey.

Die Astronomen untersuchten 13 Quasarabflüsse und konnten die halsbrecherische Geschwindigkeit des durch den Quasarwind beschleunigten Gases messen, indem sie spektrale „Fingerabdrücke“ des Lichts des glühenden Gases betrachteten. Die Hubble-Ultraviolettdaten zeigen, dass diese Lichtabsorptionsmerkmale, die aus Material entlang des Lichtwegs erzeugt wurden, aufgrund der schnellen Bewegung des Gases durch den Raum im Spektrum verschoben wurden. Dies ist auf den Doppler-Effekt zurückzuführen, bei dem die Bewegung eines Objekts Wellenlängen des Lichts komprimiert oder streckt, je nachdem, ob es sich uns nähert oder von uns zurücktritt. Nur Hubble verfügt über den spezifischen Bereich der UV-Empfindlichkeit, der es Astronomen ermöglicht, die notwendigen Beobachtungen zu erhalten, die zu dieser Entdeckung führen.

Neben der Messung der energiereichsten Quasare, die jemals beobachtet wurden, entdeckte das Team auch einen weiteren Abfluss, der sich schneller beschleunigte als jeder andere. Innerhalb von drei Jahren stieg sie von fast 43 Millionen Meilen pro Stunde auf rund 46 Millionen Meilen pro Stunde. Die Wissenschaftler glauben, dass die Beschleunigung im Laufe der Zeit weiter zunehmen wird.

“Hubbles ultraviolette Beobachtungen ermöglichen es uns, den gesamten Bereich der Energieabgabe von Quasaren zu verfolgen, vom kühleren Gas bis zum extrem heißen, hochionisierten Gas bei den stärkeren Winden”, fügte Teammitglied Gerard Kriss vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, hinzu . „Diese waren bisher nur bei wesentlich schwierigeren Röntgenbeobachtungen sichtbar. Solche starken Abflüsse könnten neue Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen dem Wachstum eines zentralen supermassiven Schwarzen Lochs und der Entwicklung seiner gesamten Wirtsgalaxie liefern. “

Zum Team gehören auch der Doktorand Xinfeng Xu und der Postdoktorand Timothy Miller, beide von Virginia Tech, sowie Rachel Plesha vom Space Telescope Science Institute. Die Ergebnisse wurden im März 2020 in einer Reihe von sechs Artikeln als Schwerpunktausgabe von The Astrophysical Journal Supplements veröffentlicht.

Verweise:
HST/ COS-Beobachtungen von Quasarabflüssen im 500–1050 Å Rest Frame. I. Die energischsten Abflüsse im Universum und andere Entdeckungen “von Nahum Arav, Xinfeng Xu, Timothy Miller, Gerard A. Kriss und Rachel Plesha, 16. März 2020, Die Astrophysical Journal Supplement Series.
DOI: 10.3847 / 1538-4365 / ab66af
HST/ COS-Beobachtungen von Quasarabflüssen im 500–1050 Å Rest Frame. II. Der bisher energischste Quasarabfluss “von Xinfeng Xu, Nahum Arav, Timothy Miller, Gerard A. Kriss und Rachel Plesha, 16. März 2020, Die Astrophysical Journal Supplement Series.
DOI: 10.3847 / 1538-4365 / ab596a
HST/ COS-Beobachtungen von Quasarabflüssen im 500–1050 Å Rest Frame. III. Vier ähnliche Abflüsse in 2MASS J1051 + 1247 mit genügend Energie, um maßgeblich zum AGN-Feedback beizutragen “von Timothy R. Miller, Nahum Arav, Xinfeng Xu, Gerard A. Kriss und Rachel J. Plesha, 16. März 2020, Die Astrophysical Journal Supplement Series.
DOI: 10.3847 / 1538-4365 / ab5967
HST/ COS-Beobachtungen von Quasarabflüssen im 500–1050 Å Rest Frame. IV. Die größte Beschleunigung der breiten Absorptionslinie “von Xinfeng Xu, Nahum Arav, Timothy Miller, Gerard A. Kriss und Rachel Plesha, 16. März 2020, Die Astrophysical Journal Supplement Series.
DOI: 10.3847 / 1538-4365 / ab4bcb
HST/ COS-Beobachtungen von Quasarabflüssen im 500–1050 Å Rest Frame. V. Reichtum an physikalischer Diagnostik und Ionisationspotentialabhängiger Geschwindigkeitsverschiebung in PKS J0352-0711 “von Timothy R. Miller, Nahum Arav, Xinfeng Xu, Gerard A. Kriss und Rachel J. Plesha, 16. März 2020, Die Astrophysical Journal Supplement Series.
DOI: 10.3847 / 1538-4365 / ab5969
HST/ COS-Beobachtungen von Quasarabflüssen im 500–1050 Å Rest Frame. VI. Breite, energetische Abflüsse in SDSS J0755 + 2306 ″ von Xinfeng Xu, Nahum Arav, Timothy Miller, Gerard A. Kriss und Rachel Plesha, 16. März 2020, Die Astrophysical Journal Supplement Series.
DOI: 10.3847 / 1538-4365 / ab5f68

Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA (Europäische Weltraumorganisation). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) führt Hubble-Wissenschaftsoperationen durch. STScI wird für die NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C., betrieben.