Die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Kernen der meisten massereichen Galaxien richten in ihrer unmittelbaren Umgebung verheerende Schäden an. Während ihrer aktivsten Phasen – wenn sie sich als leuchtende Quasare entzünden – starten sie extrem starke Gasausströmungen mit hoher Geschwindigkeit.
Diese Ausflüsse können Material aufwirbeln und erhitzen und spielen eine zentrale Rolle bei der Entstehung und Entwicklung massereicher Galaxien. Astronomen haben sie nicht nur im sichtbaren Universum beobachtet, sie spielen auch eine wichtige Rolle in theoretischen Modellen.
Aber die physische Natur der Abflüsse selbst ist seit langem ein Rätsel. Welcher physikalische Mechanismus bewirkt, dass Gas so hohe Geschwindigkeiten erreicht und in einigen Fällen aus der Galaxie ausgestoßen wird?
Eine neue Studie liefert den ersten direkten Beweis dafür, dass diese Ausflüsse durch energiegeladene Jets beschleunigt werden, die vom supermassereichen Schwarzen Loch erzeugt werden.
Mit dem Very Large Telescope in Chile beobachtete ein Astronomenteam unter der Leitung von Clive Tadhunter von der Sheffield University die nahegelegene aktive Galaxie IC 5063. An Orten in der Galaxie, wo ihre Jets auf Regionen mit dichtem Gas treffen, bewegt sich das Gas mit außergewöhnlichen Geschwindigkeiten von über 600.000 Meilen pro Stunde.
„Ein Großteil des Gases in den Abflüssen liegt in Form von molekularem Wasserstoff vor, der in dem Sinne zerbrechlich ist, dass er bei relativ niedrigen Energien zerstört wird“, sagte Tadhunter in a Pressemitteilung. „Ich finde es außergewöhnlich, dass das molekulare Gas die Beschleunigung durch Jets hochenergetischer Teilchen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit überleben kann.
Während die Jets durch die galaktische Materie reisen, stören sie das umgebende Gas und erzeugen Stoßwellen. Diese Stoßwellen beschleunigen das Gas nicht nur, sondern erhitzen es auch. Das Team schätzt, dass die Stoßwellen das Gas auf Temperaturen erhitzen, die hoch genug sind, um das Gas zu ionisieren und die Moleküle zu dissoziieren. Molekularer Wasserstoff wird erst im deutlich kühleren Nachschockgas gebildet.
„Wir vermuteten, dass sich die Moleküle neu formieren können, nachdem das Gas durch die Wechselwirkung mit einem schnellen Plasmastrahl komplett umgekippt wurde“, sagt Raffaella Morganti vom Kapteyn Institute Groningen University. „Unsere direkten Beobachtungen des Phänomens haben bestätigt, dass diese Extremsituation tatsächlich eintreten kann. Jetzt müssen wir daran arbeiten, die genaue Physik der Wechselwirkung zu beschreiben.“
Im interstellaren Raum bildet sich molekularer Wasserstoff auf der Oberfläche von Staubkörnern. Aber in diesem Szenario ist der Staub wahrscheinlich in den intensiven Stoßwellen zerstört worden. Während es möglich ist, dass sich molekularer Wasserstoff ohne Hilfe von Staubkörnern bildet (wie im frühen Universum beobachtet), ist der genaue Mechanismus in diesem Fall noch unbekannt.
Die Forschung hilft, eine seit langem gestellte Frage zu beantworten – sie liefert den ersten direkten Beweis dafür, dass Jets die molekularen Ausflüsse in aktiven Galaxien beschleunigen – und stellt neue.
Die Ergebnisse wurden in Nature veröffentlicht und sind Online verfügbar.
