Vor etwa 3,5 Millionen Jahren hätte ein Gasstrom außerhalb der Milchstraße den Nachthimmel erleuchtet
Es ist eine Binsenweisheit, darauf hinzuweisen, dass es den modernen Menschen im Verhältnis zum Alter des Universums nur für einen Wimpernschlag gibt. Aber das Universum war ein aktiver Ort, lange bevor wir all diese Aktivitäten beobachten konnten. Und vor etwa 3,5 Millionen Jahren ist es möglich – wenn auch nur aus der Ferne –, dass unsere Vorfahren am Nachthimmel eine Veränderung bemerkten.
Hätte es etwas in ihnen bewegt? Unmöglich zu wissen.
Aber nach neuen Recherchen gab es bei etwa 3,5 Mio. Jahren einen enormen Blitz, da Sgr. A*, das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, wurde von einer riesigen Flare erschüttert. Und das Licht dieser Fackel beleuchtete einen Gasstrom außerhalb unserer Galaxie, den Magellanschen Strom. Dank des Hubble-Weltraumteleskops erfahren wir erst jetzt mehr darüber.
Die neue Forschung wird in einem Papier mit dem Titel „ Kinematik des Magellanschen Stroms und Implikationen für seine Ionisierung .“ Hauptautor der Studie ist Andrew Fox vom Space Telescope Science Institute. Der Artikel wird im Astrophysical Journal veröffentlicht.
Vor etwa 3,5 Millionen Jahren wurde unser Australopithecus Vorfahren begannen in Afrika aufrecht zu gehen. Ihr Gehirn war nur etwa ein Drittel so groß wie das Gehirn eines modernen Menschen. Könnten sie Sternengucker gewesen sein?
Wer weiß. Aber unabhängig davon, welcher unserer Vorfahren es bemerkt haben mag oder nicht, ein Teil des Nachthimmels war erleuchtet.
Um die Ergebnisse dieser neuen Studie zu verstehen, müssen wir uns die Milchstraße und ihre benachbarte Umgebung ansehen.
Die Milchstraße hat eine Reihe von Satellitengalaxien. Zwei von ihnen sind mit bloßem Auge sichtbar – die Kleine Magellansche Wolke (SMC) und die Große Magellansche Wolke (LMC). Aus den Magellanschen Wolken erstreckt sich ein riesiger filamentöser Gasstrom, der genannt wird Magellanischer Strom . Es gibt wirklich zwei Teile dieses Stroms: den führenden Arm und den eigentlichen Magellanschen Strom.
Der Magellan-Strom besteht aus Gaswolken, die sich in einem Winkel bewegen hohe Geschwindigkeit . Es wurde 1965 entdeckt, obwohl seine Verwandtschaft mit dem LMC und dem SMC erst 1974 ans Licht kam. Der Magellanstrom ist mit großem Abstand die größte und massivste Gasstruktur im Halo der Milchstraße.
„Dies zeigt uns, dass verschiedene Regionen der Galaxie miteinander verbunden sind – was im galaktischen Zentrum passiert, beeinflusst das, was draußen im Magellanschen Strom passiert.“
Andrew Fox, Hauptautor, STScI
Eine Illustration, die die Magellanschen Wolken, den Strom und den führenden Arm, die Milchstraße und die Fermi-Blasen zeigt. Bildnachweis: NASA , DIES , und L. Hustak ( STScI )
Der Strom ist riesig: 600.000 Lichtjahre lang. Wenn Sgr. A*, die SMBH im Zentrum der Milchstraße strahlte ihren hellen Blitz aus, sie hinterließ ihre Spuren im Magellanschen Strom.
„Der Blitz war so stark, dass er den Bach wie ein Weihnachtsbaum beleuchtete – es war ein katastrophales Ereignis!“ sagte der leitende Forscher Andrew Fox vom Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland. „Dies zeigt uns, dass verschiedene Regionen der Galaxie miteinander verbunden sind – was im galaktischen Zentrum passiert, macht einen Unterschied zu dem, was draußen im Magellanschen Strom passiert. Wir lernen, wie sich das Schwarze Loch auf die Galaxie und ihre Umgebung auswirkt.“
Fox und die anderen Forscher hinter dieser neuen Studie nutzten den Hubble, um nach dem Abdruck des alten Blitzes zu suchen. Sie betrachteten das Licht entfernter Quasare, während es durch den Magellanschen Strom strömte, und untersuchten es mit Hubbles Spektrograph der kosmischen Ursprünge . Sie fanden Ionen, die von dem 3,5 Millionen Jahre alten Blitz erzeugt wurden.
Dies ist ein Mosaikbild einer Seitenansicht der Milchstraße mit Blick auf die zentrale Ausbuchtung. Darauf überlagert sind rosafarbene Radioteleskop-Bilder des gestreckten, bogenförmigen Magellanschen Stroms unterhalb der Galaxieebene und des zerfetzten, fragmentierten Leitenden Arms, der die Ebene der Galaxie kreuzt und sich darüber erstreckt. Der uralte Blitz erhellte nicht den führenden Arm, sondern nur den Magellanschen Strom. Von ESA/Hubble, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=68017420
„Wenn das Licht des Quasars durch das Gas geht, an dem wir interessiert sind, wird ein Teil des Lichts mit bestimmten Wellenlängen von den Atomen in der Wolke absorbiert“, sagte Elaine Frazer vom STScI, die die Sichtlinien analysierte und neue Trends in den Daten entdeckte . „Wenn wir das Quasar-Lichtspektrum bei bestimmten Wellenlängen betrachten, sehen wir Beweise für die Lichtabsorption, die wir nicht sehen würden, wenn das Licht nicht durch die Wolke gegangen wäre. Daraus können wir Rückschlüsse auf das Gas selbst ziehen.“
Ein Bild aus der Studie. LMC und SMC sind links unten beschriftet. Jede farbige Markierung ist einer der Quasare oder aktiven galaktischen Kerne, die in der Studie verwendet wurden. Das Licht jedes Quasars wurde mit dem Cosmic Origins Spectrograph des Huble-Teleskops analysiert. Die Legende rechts zeigt die Geschwindigkeit des lokalen Ruhezustands für die Absorption. Der führende Arm, oben und links in diesem Bild, zeigt höhere LSR-Geschwindigkeiten als der Magellan-Strom unten rechts. Der führende Arm wurde durch das Aufflackern des Schwarzen Lochs nicht beleuchtet oder ionisiert. Bildquelle: Fox et al., 2020.
Dies ist eine erstaunliche wissenschaftliche Ermittlung. Der Magellanstrom ist etwa 200.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt, wo die Quelle des Blitzes, die SMBH Sgr. A*, Lügen. Und das alles geschah vor etwa 3,5 Millionen Jahren. Und es ist auch sehr beeindruckend, das Licht von 31 entfernten Quasaren zu verwenden, um das alles herauszufinden.
Was hat den Blitz verursacht?
Der riesige Ausbruch von Sgr. A*, Seyfert Flare genannt, wurde wahrscheinlich durch eine massive Wasserstoffwolke verursacht. Diese riesige Wolke war etwa 100.000 Mal massereicher als die Sonne. Es hätte das Schwarze Loch in seiner Akkretionsscheibe umkreist, bevor es eingezogen wurde. Während es verbraucht wurde, hätte das Schwarze Loch das Gas erhitzt und einen enormen Energiestoß abgegeben, der seine Fingerabdrücke auf dem Magellanschen Strom hinterlassen hätte.
In ihrer Arbeit schreiben die Autoren: „Im Seyfert-Flare-Modell photoionisierte die Flare den Strom … aber nicht den Leading Arm, der außerhalb des Ionisationskegels liegt.“
Der Blitz war nicht das einzige Ergebnis des Verbrauchs der Wasserstoffwolke. Es gab auch eine massive Ausschüttung von Plasma in Form von Fermi-Blasen . Die Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop fand sie im Jahr 2010. Sie sind riesige Plasmablasen, die aus der flachen Ebene der Milchstraße herausragen, etwa 25.000 Lichtjahre in jede Richtung. Diese Blasen sind millionenfach massereicher als die Sonne und emittieren Gammastrahlung auf einem höheren Energieniveau als die Milchstraße.
Eine Illustration der Fermi-Blasen, die sich über die Ebene der Milchstraße hinaus erstrecken. Sie wurden 2010 entdeckt und sind das Ergebnis eines Energieausbruchs von Sgr. A*, das supermassive Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße. Bildquelle: NASA/GSFC
In ihrem Artikel sagen die Autoren, dass „die Verstärkung als Fluoreszenz verstanden werden kann, die durch einen kürzlichen GC-Flare induziert wurde, in dem das zentrale supermassive Schwarze Loch (SMBH) Sgr A? hat vor einigen Myr einen Ausbruch erlebt, der einen Ausbruch ionisierender Strahlung freisetzte und möglicherweise gleichzeitig die riesigen Röntgenstrahlen-Fermi-Blasen erzeugte.“
Andrew Fox, der Hauptautor dieser Studie, war auch Teil der Studie aus dem Jahr 2015, die die Expansionsgeschwindigkeit und die Zusammensetzung gemessen der Fermi-Blasen.
Die Entdeckung des antiken Blitzes hat Wissenschaftlern, die die Milchstraße untersuchen, einige „lose Enden“ bereitet.
„Wir dachten immer, dass die Fermi-Blasen und der Magellan-Strom getrennt und ohne Bezug zueinander sind und in verschiedenen Teilen des Halos der Galaxie ihre eigenen Dinge tun“, sagte Fox in a Pressemitteilung . 'Jetzt sehen wir, dass der gleiche starke Blitz aus dem zentralen Schwarzen Loch unserer Galaxie bei beiden eine wichtige Rolle gespielt hat.'
Das Hubble-Weltraumteleskop verdient einige Anerkennung für all diese Arbeit. Ultraviolett-Beobachtungen waren der Schlüssel zur Aufdeckung der Beziehungen zwischen dem Magellanschen Strom, den Fermi-Blasen und dem Blitz des Schwarzen Lochs. Wir können Ultraviolett vom Boden aus nicht untersuchen, weil die Erdatmosphäre im Weg ist. Aber der Hubble befindet sich im Weltraum, und es gibt nichts zwischen ihm und dem ultravioletten Licht, das sich durch das Universum bewegt.
„Es ist ein sehr reichhaltiger Bereich des elektromagnetischen Spektrums – es gibt viele Merkmale, die im Ultraviolett gemessen werden können“, erklärte Fox. „Wenn Sie im optischen und infraroten Bereich arbeiten, können Sie sie nicht sehen. Deshalb müssen wir dafür in den Weltraum gehen. Für diese Art von Arbeit ist Hubble das einzige Spiel in der Stadt.“
Das ehrwürdige Hubble-Weltraumteleskop. Nach 30 Jahren ist es immer noch ein produktives wissenschaftliches Arbeitspferd. Bildquelle: NASA/ESA
Diese Ergebnisse füllen nicht nur Lücken in unserem Wissen über die Milchstraße. Sie gelten wahrscheinlich auch für zumindest einige andere Galaxien. In ihrer Arbeit schreiben die Autoren „Die Milchstraße bietet eine unübertroffene Gelegenheit, die Gasströme um eine sternbildende Spiralgalaxie zu sezieren“. Später fügen sie hinzu: „Dieses zusätzliche Wissen macht den galaktischen Halo zu einem idealen Ort, um Gasflüsse und ihre Rolle in der Galaxienentwicklung zu untersuchen.“
Bei unseren alten Vorfahren veränderte der Blitz den Nachthimmel. Nicht nur der erste Ausbruch, sondern noch lange danach. Forscher glauben, dass das Leuchten des Magellanschen Stroms eine Million Jahre angehalten haben könnte. Am Ende dieser Zeit teilte Australopithecus die Landschaft mit Homo Habilis, einem anderen unserer alten Vorfahren. (Einige neuere Beweise deuten darauf hin, dass sie nicht unsere direkten Vorfahren sind, aber diese Diskussion würde den Rahmen dieses Artikels sprengen.)
Eine wissenschaftliche Rekonstruktion von Homo Habilis, unserem alten Vorfahren. Hätten sie den glühenden Magellanschen Strom bemerkt? Bildnachweis: By Reconstruction by W. Schnaubelt & N. Kieser (Atelier WILD LIFE ART)Photographed by User:Lillyundfreya – Photographed at Westfälisches Museum für Archäologie, Herne, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/ w/index.php?curid=1843470
Das Gehirn des werkzeugnutzenden Homo Habilis war um etwa 45% größer als das von Australopithecus. Hätte das gereicht, um sie zu Sternenguckern zu machen? Hätten sie das Leuchten am Himmel bemerkt?
Wir werden es nie erfahren.
Mehr:
- Pressemitteilung: INTENSIVES BLITZ AUS DEM SCHWARZEN LOCH DER MILCHSTRASSE BELEUCHTETES GAS WEIT AUSSERHALB UNSERER GALAXY
- Forschungsbericht: Kinematik des Magellanschen Stroms und Implikationen für seine Ionisierung
- Wikipedia: Zeitleiste der menschlichen Evolution
- Universum heute: Das Schwarze Loch der Milchstraße ist gerade aufgeflammt und wird für ein paar Stunden 75-mal so hell