Die großen Schwarzen Löcher, die sich im Zentrum von Galaxien befinden, können hungrige Tiere sein. Während Staub und Gas in die Umgebung der Schwarzen Löcher gedrängt werden, drängen sie sich zusammen und drängen sich zusammen, wobei sie viel Wärme und Licht abgeben. Aber was treibt dieses Gas und diesen Staub in den letzten Lichtjahren in den Schlund dieser supermassiven Schwarzen Löcher?
Es wurde die Theorie aufgestellt, dass Verschmelzungen zwischen Galaxien das Gas und den Staub in einer Galaxie stören und die Materie in die unmittelbare Nachbarschaft des Schwarzen Lochs drängen. Das heißt, bis eine kürzlich durchgeführte Studie von 140 Galaxien, die Aktive Galaktische Kerne (AGN) beherbergen – ein anderer Name für aktive Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien – starke Beweise dafür lieferte, dass viele der Galaxien, die diese AGN enthalten, keine Anzeichen früherer Verschmelzungen aufweisen.
Die Studie wurde von einem internationalen Team von Astronomen durchgeführt. Mauricio Cisternas vom Max-Planck-Institut für Astronomie und sein Team verwendeten Daten von 140 Galaxien, die vom Röntgenobservatorium XMM-Newton aufgenommen wurden. Die von ihnen untersuchten Galaxien hatten eine Rotverschiebung zwischen z = 0,3 – 1, was bedeutet, dass sie zwischen etwa 4 und 8 Milliarden Lichtjahre entfernt sind (und somit ist das Licht, das wir von ihnen sehen, etwa 4 bis 8 Milliarden Jahre alt).
Sie haben sich jedoch nicht nur die Bilder der fraglichen Galaxien angesehen; eine Tendenz zur Klassifizierung der Galaxien, die zeigen, dass aktive Kerne durch Verschmelzungen stärker verzerrt sind, könnte sich einschleichen. Stattdessen erstellten sie eine „Kontrollgruppe“ von Galaxien, indem sie Bilder von inaktiven Galaxien mit derselben Rotverschiebung wie die AGN-Wirtsgalaxien verwendeten. Sie nahmen die Bilder des Cosmic Evolution Survey (COSMOS) auf, einer Vermessung eines großen Bereichs des Himmels in mehreren Lichtwellenlängen. Da diese Galaxien von derselben Rotverschiebung stammten wie die, die sie untersuchen wollten, zeigen sie dieselbe Stufe in der galaktischen Evolution. Insgesamt hatten sie 1264 Galaxien in ihrer Vergleichsstichprobe.
Die Art und Weise, wie sie die Studie konzipierten, beinhaltete einen wissenschaftlichen Grundsatz, der normalerweise in der Astronomie nicht verwendet wird: die Blindstudie. Cisternas und sein Team hatten 9 Vergleichsgalaxien – die kein AGN enthielten – mit derselben Rotverschiebung für jede ihrer 140 Galaxien, die Anzeichen eines aktiven Kerns zeigten.
Als nächstes entfernten sie alle Anzeichen des hellen aktiven Kerns im Bild. Dies bedeutet, dass die Galaxien in ihrer Stichprobe von 140 Galaxien mit AGN im Wesentlichenin Erscheinung tretensogar ein geschultes Auge als Galaxie ohne die verräterischen Anzeichen eines AGN. Anschließend schickten sie die Kontrollgalaxien und die veränderten AGN-Bilder an zehn verschiedene Astronomen und baten sie, sie alle als „verzerrt“, „mäßig verzerrt“ oder „nicht verzerrt“ zu klassifizieren.
Da ihre Stichprobengröße ziemlich überschaubar war und die Verzerrung in vielen Galaxien zu subtil für einen Computer wäre, um sie zu erkennen, war das mustersuchende menschliche Gehirn das Bildanalysewerkzeug ihrer Wahl. Das mag bekannt klingen – etwas Ähnliches wird mit enormem Erfolg bei Leuten gemacht, die Amateur-Galaxienklassifizierer im Galaxy Zoo sind.
Wenn eine Galaxie mit einer anderen Galaxie verschmilzt, verzerrt die Verschmelzung ihre Form auf erkennbare Weise – sie verformt eine normalerweise glatte elliptische Galaxie aus der Form, und wenn die Galaxie eine Spirale ist, scheinen die Arme etwas „abgewickelt“ zu sein. Wenn es der Fall wäre, dass galaktische Verschmelzungen die wahrscheinlichste Ursache für AGN sind, dann wäre es wahrscheinlicher, dass diese Galaxien mit einem aktiven Kern eine Verzerrung durch diese vergangene Verschmelzung aufweisen.
Das Team durchlief diesen Prozess der Verblindung der Studie, um jegliche Voreingenommenheit zu beseitigen, die die Betrachter der Bilder haben würden, AGN als stärker verzerrt einzustufen. Durch eine relativ große Stichprobengröße von Galaxien und die Beseitigung jeglicher Verzerrungen bei der Analyse der Bilder hofften sie, definitiv zeigen zu können, ob die Korrelation zwischen AGN und Verschmelzungen besteht.
Das Ergebnis? Diese Galaxien mit einem aktiven galaktischen Kern zeigten insgesamt nicht mehr Verzerrungen als die Galaxien in der Vergleichsstichprobe. Wie die Autoren in der Veröffentlichung festhalten, „sind Fusionen und Wechselwirkungen mit AGN-Wirten nicht dominant und treten nicht häufiger auf als bei inaktiven Galaxien.“
Dies bedeutet, dass Astronomen nicht auf galaktische Verschmelzungen als Hauptgrund für AGN hinweisen können. Die Studie zeigte, dass mindestens 75 % der AGN-Erzeugung – zumindest zwischen den letzten 4-8 Milliarden Jahren – aus anderen Quellen als galaktischen Verschmelzungen stammen müssen. Zu den wahrscheinlichen Kandidaten für diese Quellen gehören: „galaktische Belästigung“, diese Galaxien, die nicht kollidieren, aber nahe genug kommen, um sich gegenseitig gravitativ zu beeinflussen; die Instabilität des zentralen Balkens in einer Galaxie; oder die Kollision riesiger Molekülwolken innerhalb der Galaxie.
Zu wissen, dass AGN nicht zum großen Teil durch galaktische Verschmelzungen verursacht werden, wird Astronomen helfen, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien besser zu verstehen. Die aktiven Kerne in Galaxien, die sie beherbergen, haben großen Einfluss auf die galaktische Bildung. Dieser Prozess wird als „AGN-Feedback“ bezeichnet, und die Mechanismen und Effekte, die sich aus dem Zusammenspiel zwischen der aus dem AGN ausströmenden Energie und dem umgebenden Material im Zentrum einer Galaxie ergeben, sind immer noch ein heißes Thema in der Astronomie.
Fusionen in der ferneren Vergangenheit als 8 Milliarden Jahre könnten noch mit AGN korrelieren – diese Studie schließt nur eine bestimmte Population dieser Galaxien aus – und dieser Frage will sich das Team als nächstes stellen, bevor die Vermessungen des Hubble-Weltraumteleskops und das James-Webb-Weltraumteleskop. Ihre Studie wird in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 10. Januar veröffentlicht, und eine Pre-Print-Version ist verfügbar auf Arxiv .
Quelle: HST-Pressemitteilung , Max-Planck-Institut für Astronomie , Arxiv-Papier
