Hunderte Millionen Lichtjahre entfernt sitzt ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum eines Galaxienhaufens namens Ophiuchus . Obwohl Schwarze Löcher dafür bekannt sind, umgebendes Material einzusaugen, stoßen sie manchmal Material in Jets aus. Dieses Schwarze Loch ist der Ort einer fast unvorstellbar starken Explosion, die durch die Austreibung einer enormen Menge an Material entstanden ist.
„In gewisser Weise ähnelt diese Explosion der Eruption des Mt. St. Helens im Jahr 1980, die den Gipfel des Berges abgerissen hat.“
Simone Giantucci, Hauptautorin.
Der Ophiuchus Galaxienhaufen ist etwa 390 Millionen Lichtjahre entfernt. Im Zentrum des Haufens befindet sich eine Galaxie mit einem supermassereichen Schwarzen Loch. Astronomen, die Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums und der ESA-Raumsonde XMM Newton nutzten, sahen die Explosion des Schwarzen Lochs. Sie nutzten auch Radiobeobachtungen des Murchison Widefield Array (MWA) in Australien und des Giant Meterewave Radio Telescope (GMRT) in Indien.
Das Team hinter dieser Arbeit veröffentlichte seine Ergebnisse in Das Astrophysikalische Journal . Ihr Papier trägt den Titel „ Entdeckung eines riesigen Radiofossils im Ophiuchus-Galaxienhaufen .“ Die Hauptautorin des Artikels ist Simona Giacintucci vom Naval Research Laboratory in Washington, DC.
„In gewisser Weise ähnelt diese Explosion der Eruption des Mt. St. Helens im Jahr 1980, die den Gipfel des Berges abgerissen hat“, sagte Hauptautor Giacintucci. „Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass man fünfzehn Milchstraßen-Galaxien hintereinander in den Krater einpassen könnte, den diese Eruption in das heiße Gas des Haufens geschlagen hat.“
Das durch die Explosion entstandene Loch wird als Radiofossil bezeichnet. Es wird durch die Jets oder Strahlen aus überhitztem Material aus dem Weltraum gehauen, die aus dem Schwarzen Loch explodieren und mit umgebendem Material kollidieren. Diese Jets sind das Ergebnis dessen, was Astronomen als aktive galaktische Kerne oder AGN bezeichnen, die von schwarzen Löchern emittiert werden, die sich „füttern“. In diesem Fall wurde der herausgeschnittene Bereich zuerst in Chandra-Bildern des Bereichs als ungewöhnlich gebogener Rand entdeckt. Das wurde erstmals in a . berichtet 2016 Papier .
Die Autoren dieses Papiers fragten sich, ob ein Schwarzes Loch diese gekrümmte Kante hätte erzeugen können, aber sie verwarfen diese Idee, da sie dachten, dass kein Schwarzes Loch so mächtig sein könnte. In diesem Papier sagten sie: „Wir schlussfolgern, dass dieses Merkmal höchstwahrscheinlich auf die mit einer Fusion verbundene Gasdynamik zurückzuführen ist.“
In dieser neuen Arbeit kamen die Autoren zu einem anderen Schluss. „Es scheint also ein sehr gealtertes Fossil des stärksten AGN-Ausbruchs zu sein, der in jedem Galaxienhaufen beobachtet wurde.“
Die innere Struktur eines aktiven Galakti-Kerns. Von Original: Unbekannt; Vektorisierung: Rothwild – Eigene Arbeit basierend auf: Galaxies AGN Inner-Structure-of.jpg, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46857319
Die Energiemenge der Explosion ist erschreckend. Es setzte fünfmal mehr Energie frei als der bisherige Rekordhalter und Hunderttausende Mal mehr als typische Cluster.
Ein Kreuz in der beschrifteten Version zeigt an, wo sich die Zentralgalaxie befindet. Das kühlste und dichteste Gas befindet sich etwa 6500 Lichtjahre von der Zentralgalaxie entfernt. In diesem Bild entspricht dies einer Fläche, die kleiner ist als das Kreuz, das verwendet wurde, um die zentrale Galaxie und die Quelle der Explosion zu lokalisieren. Interessant ist, dass, wenn sich das Gas so weit von der Quelle entfernt, dem Schwarzen Loch der Quelle der Treibstoff für sein Wachstum entzogen würde. Das wiederum würde die Jets stoppen.
Laut diesem neuen Papier ist genau das passiert. „Der AGN fehlt derzeit die Ansammlung von kühlem Gas, weil die Gasdichtespitze durch das Schwappen des Kerns verdrängt wird“, sagen die Autoren. „Das Schwappen selbst hätte durch diese außergewöhnliche Explosion ausgelöst werden können, wenn es in einem asymmetrischen Gaskern stattgefunden hätte. Dieser Dinosaurier könnte ein frühes Beispiel für eine neue Klasse von Quellen sein, die durch niederfrequente Durchmusterungen von Galaxienhaufen entdeckt werden können.“
Astronomen verwenden den Begriff „Schwappen“, um die Verdrängung des Gases zu beschreiben. Es ist vergleichbar mit einer Flüssigkeit, die in einem Behälter herumschwappt. Das Schwappen wird normalerweise durch die Verschmelzung zweier Galaxienhaufen ausgelöst, aber Astronomen gehen davon aus, dass in diesem Fall die Explosion die Ursache sein könnte.
Während das vorherige Papier von 2016 ausschließlich auf Chandra-Röntgendaten basierte, verwendete das neue Papier Röntgendaten des XMM Newton der ESA, um die ungewöhnliche gekrümmte Struktur zu erkennen und zu bestätigen. Sie nutzten auch Funkdaten von zwei Observatorien, um die Region weiter zu untersuchen. Diese Daten bestätigten, dass die gekrümmte Kante tatsächlich die Kante eines gigantischen radiofossilen Lochs ist. Der Schlüssel dazu sind die Funkemissionen außerhalb des Lochs, die auf nahezu relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt wurden. Eine Fusion konnte das nicht tun; nur eine massive Materialexplosion könnte dies tun.
„Die Radiodaten passen wie eine Hand in einen Handschuh in die Röntgenstrahlen“, sagt Co-Autor Maxim Markevitch vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. 'Dies ist der entscheidende Punkt, der uns sagt, dass hier eine Eruption von beispielloser Größe stattgefunden hat.'
Die Eruption liegt nun in der Vergangenheit und Astronomen können keine Anzeichen für eine Fortsetzung erkennen AGN Aktivität aus dem Schwarzen Loch. Das stimmt mit den Daten überein, die das Schwarze Loch in einer riesigen, selbst hergestellten Blase zeigen.
„Wie so oft in der Astrophysik brauchen wir wirklich Multi-Wellenlängen-Beobachtungen, um die physikalischen Prozesse bei der Arbeit wirklich zu verstehen“, sagt Melanie Johnston-Hollitt, Co-Autorin vom International Center for Radio Astronomy in Australien. „Die kombinierten Informationen von Röntgen- und Radioteleskopen haben diese außergewöhnliche Quelle enthüllt, aber es werden mehr Daten benötigt, um die vielen verbleibenden Fragen zu beantworten, die dieses Objekt aufwirft.“
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