Gibt es vielleicht keine Verbindung zwischen supermassiven Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien?

Seit Jahrzehnten rätseln Astrophysiker über die Beziehung zwischen Supermassive Schwarze Löcher (SMBHs) und ihre jeweiligen Galaxien. Seit den 1970er Jahren hat man verstanden, dass die meisten massereichen Galaxien ein SMBH in ihrem Zentrum haben und dass diese von rotierenden Tori aus Gas und Staub umgeben sind. Das Vorhandensein dieser Schwarzen Löcher und Tori ist der Grund dafür, dass massereiche Galaxien eine Aktiver Galaktischer Kern (AGN).

Jedoch a Kürzlich durchgeführte Studie die von einem internationalen Forscherteam durchgeführt wurden, ergaben bei der Untersuchung dieses Zusammenhangs eine verblüffende Schlussfolgerung. Verwendung der Atacama Large Millimeter/Submillimeter-Array (ALMA), um eine aktive Galaxie mit einem starken ionisierten Gasausfluss aus dem galaktischen Zentrum zu beobachten, erzielte das Team Ergebnisse, die darauf hindeuten könnten, dass es keine Beziehung zwischen einem SMBH und seiner Wirtsgalaxie gibt.

Die Studie mit dem Titel „ Keine Anzeichen eines starken molekularen Gasausflusses in einer infrarothellen, staubverdunkelten Galaxie mit starkem ionisiertem Gasausfluss “, erschien vor kurzem in derAstrophysikalisches Journal. Die Studie wurde von Yoshiki Toba von der Academia Sinica Institut für Astronomie und Astrophysik in Taiwan und umfasste Mitglieder der Ehime University, der Kogakuin University und der Nationales Astronomisches Observatorium von Japan , Die Graduate University for Advanced Studies (SOKENDAI) und der Johns Hopkins University.

Bilder vom Sloan Digital Sky Survey (SDSS) (links) bzw. Mittel-Infrarot-Bild von WISE (rechts). Bildnachweis: Sloan Digital Sky Survey/NASA/JPLCaltech

Die Frage, wie SMBHs die galaktische Evolution beeinflusst haben, bleibt eine der größten ungelösten Fragen in der modernen Astronomie. Unter Astrophysikern ist es eine Selbstverständlichkeit, dass SMBHs einen erheblichen Einfluss auf die Entstehung und Entwicklung von Galaxien haben. Nach dieser akzeptierten Vorstellung beeinflussen SMBHs das molekulare Gas in Galaxien erheblich, was einen tiefgreifenden Einfluss auf die Sternentstehung hat.

Grundsätzlich besagt diese Theorie, dass größere Galaxien mehr Gas ansammeln, was zu mehr Sternen und einem massereicheren zentralen Schwarzen Loch führt. Gleichzeitig gibt es einen Rückkopplungsmechanismus, bei dem wachsende Schwarze Löcher mehr Materie auf sich selbst anlagern. Dies führt dazu, dass sie eine enorme Energiemenge in Form von Strahlung und Teilchenstrahlen aussenden, von denen angenommen wird, dass sie die Sternentstehung in ihrer Umgebung eindämmen.

Bei der Beobachtung einer infrarot (IR)-hellen staubverdeckten Galaxie (DOG) – WISE1029+0501 – erzielten Yoshiki und seine Kollegen jedoch Ergebnisse, die dieser Vorstellung widersprachen. Nach einer detaillierten Analyse mit ALMA stellte das Team fest, dass es keine Anzeichen für einen signifikanten molekularen Gasausfluss von WISE1029+0501 gab. Sie fanden auch heraus, dass die Sternentstehungsaktivität in der Galaxie weder intensiver noch unterdrückt war.

Dies deutet darauf hin, dass ein starker ionisierter Gasausfluss aus dem SMBH in WISE1029+0501 das umgebende molekulare Gas oder die Sternentstehung nicht signifikant beeinflusste. Als Dr. Yoshiki Toba erklärt , dieses Ergebnis:

„[H]as machte die Koevolution von Galaxien und supermassereichen Schwarzen Löchern noch rätselhafter. Der nächste Schritt besteht darin, weitere Daten dieser Art von Galaxien zu untersuchen. Das ist entscheidend, um das Gesamtbild der Entstehung und Entwicklung von Galaxien und supermassereichen Schwarzen Löchern zu verstehen.“

Emission von Kohlenmonoxid (links) und kaltem Staub (rechts) in WISE1029, beobachtet von ALMA (Bild). Quelle: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Toba et al.

Dies widerspricht nicht nur der gängigen Meinung, sondern auch neueren Studien, die eine enge Korrelation zwischen der Masse zentraler Schwarzer Löcher und der ihrer Wirtsgalaxien zeigten. Diese Korrelation legt nahe, dass sich supermassereiche Schwarze Löcher und ihre Wirtsgalaxien im Laufe der letzten 13,8 Milliarden Jahre gemeinsam entwickelt haben und während ihres Wachstums eng interagiert haben.

In dieser Hinsicht hat diese neueste Studie das Geheimnis der Beziehung zwischen SMBHs und ihren Galaxien nur vertieft. Tohru Nagao, Professor an der Ehime University und Co-Autor der Studie, erklärte:

„[W]ie Astronomen verstehen nicht den wahren Zusammenhang zwischen der Aktivität supermassereicher Schwarzer Löcher und der Sternentstehung in Galaxien. Daher sind viele Astronomen einschließlich uns begierig darauf, die reale Szene der Interaktion zwischen dem nuklearen Ausfluss und den Sternentstehungsaktivitäten zu beobachten, um das Geheimnis der Koevolution zu enthüllen.“

Das Team wählte WISE1029+0501 für seine Studie aus, weil Astronomen glauben, dass DOGs aktiv wachsende SMBHs in ihren Kernen beherbergen. Insbesondere WISE1029+0501 ist ein extremes Beispiel für Galaxien, bei denen ausströmendes Gas durch die intensive Strahlung ihres SMBH ionisiert wird. Daher waren die Forscher hoch motiviert zu sehen, was mit dem molekularen Gas dieser Galaxie passiert.

Künstlerische Darstellung des Windes eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie. Bildnachweis: ESA

Möglich wurde die Studie durch die Sensitivität von ALMA, die bei der Untersuchung der Eigenschaften von molekularem Gas und der Sternentstehungsaktivität in Galaxien hervorragend ist. Tatsächlich wurden in den letzten Jahren mehrere Studien durchgeführt, die sich auf ALMA verlassen haben, um die Gaseigenschaften und SMBHs entfernter Galaxien zu untersuchen.

Und während die Ergebnisse dieser Studie weit verbreiteten Theorien über die galaktische Evolution widersprechen, sind Yoshiki und seine Kollegen gespannt, was diese Studie offenbaren könnte. Am Ende kann es sein, dass die Strahlung eines SMBH nicht immer das molekulare Gas und die Sternentstehung seiner Wirtsgalaxie beeinflusst.

„Das Verständnis einer solchen Koevolution ist für die Astronomie von entscheidender Bedeutung“, sagte Yoshiki. „Indem wir statistische Daten dieser Art von Galaxien sammeln und weitere Folgebeobachtungen mit ALMA durchführen, hoffen wir, die Wahrheit ans Licht zu bringen.“

Weiterlesen: ALMA-Observatorium , Astrophysikalisches Journal