In den 1970er Jahren wurden Astronomen auf eine kompakte Radioquelle im Zentrum der Milchstraße aufmerksam – die sie nannten Schütze A . Nach vielen Jahrzehnten der Beobachtung und zunehmender Beweise wurde die Theorie aufgestellt, dass die Quelle dieser Funkemissionen tatsächlich ein supermassives Schwarzes Loch (SMBH). Seitdem haben Astronomen die Theorie aufgestellt, dass SMBHs im Herzen jeder großen Galaxie im Universum liegen.
Meistens sind diese Schwarzen Löcher leise und unsichtbar und können daher nicht direkt beobachtet werden. Aber während der Zeit, in der Material in ihre massiven Schlund fällt, lodern sie vor Strahlung und geben mehr Licht ab als der Rest der Galaxie zusammen. Diese hellen Zentren sind als aktive galaktische Kerne bekannt und der stärkste Beweis für die Existenz von SMBHs.
Beschreibung:
Es sollte beachtet werden, dass die enormen Helligkeitsausbrüche, die von Aktiven Galaktischen Kernen (AGNs) beobachtet werden, nicht von den supermassiven Schwarzen Löchern selbst stammen. Wissenschaftler haben seit einiger Zeit verstanden, dass nichts, nicht einmal Licht, dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs.
Stattdessen kommt der massive Strahlungsausbruch – der Emissionen in den Radio-, Mikrowellen-, Infrarot-, optischen, ultravioletten (UV), Röntgen- und Gammastrahlen-Wellenbändern umfasst – von kalter Materie (Gas und Staub), die das Schwarze umgibt Löcher. Diese bilden Akkretionsscheiben, die die supermassiven Schwarzen Löcher umkreisen und sie allmählich mit Materie füttern.
Die unglaubliche Schwerkraft in dieser Region komprimiert das Material der Scheibe, bis es Millionen von Kelvin erreicht. Dies erzeugt helle Strahlung, die elektromagnetische Energie erzeugt, die ihren Höhepunkt im optischen UV-Wellenband hat. Auch über der Akkretionsscheibe bildet sich eine Korona aus heißem Material, die Photonen bis zu Röntgenenergien streuen kann.
Ein großer Teil der Strahlung des AGN kann durch interstellares Gas und Staub in der Nähe der Akkretionsscheibe verdeckt werden, dies wird jedoch wahrscheinlich im Infrarotwellenband wieder abgestrahlt. Daher wird der größte Teil (wenn nicht das gesamte) des elektromagnetischen Spektrums durch die Wechselwirkung kalter Materie mit SMBHs erzeugt.
Die Wechselwirkung zwischen dem rotierenden Magnetfeld des supermassiven Schwarzen Lochs und der Akkretionsscheibe erzeugt auch starke magnetische Jets, die Material über und unter dem Schwarzen Loch mit relativistischen Geschwindigkeiten (d. h. einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit) abfeuern. Diese Jets können sich über Hunderttausende von Lichtjahren erstrecken und sind eine zweite potenzielle Quelle beobachteter Strahlung.
Arten von AGN:
Normalerweise teilen Wissenschaftler AGN in zwei Kategorien ein, die als „radioleise“ und „radiolaute“ Kerne bezeichnet werden. Die Kategorie 'radio-loud' entspricht AGNs, deren Funkemissionen sowohl von der Akkretionsscheibe als auch von den Jets erzeugt werden. Radioleise AGNs sind einfacher, da jegliche Strahl- oder Strahl-bezogene Emission vernachlässigbar ist.
Carl Seyfert entdeckte 1943 die erste Klasse der AGN, weshalb sie heute seinen Namen trägt. „Seyfert-Galaxien“ sind eine Art funkstiller AGN, die für ihre Emissionslinien bekannt sind und nach ihnen in zwei Kategorien unterteilt werden. Seyfert-Galaxien vom Typ 1 haben sowohl schmale als auch verbreiterte optische Emissionslinien, was auf die Existenz von Wolken aus hochdichtem Gas sowie Gasgeschwindigkeiten zwischen 1000 – 5000 km/s in der Nähe des Kerns schließen lässt.
Seyferts vom Typ 2 hingegen haben nur schmale Emissionslinien. Diese schmalen Linien werden durch Gaswolken geringer Dichte verursacht, die sich in größeren Abständen vom Kern befinden, und Gasgeschwindigkeiten von etwa 500 bis 1000 km/s. Neben Seyferts gehören zu anderen Unterklassen funkstiller Galaxien funkstille Quasare und LINER.
Galaxien mit niedriger Ionisationslinie (LINERs) sind Seyfert-2-Galaxien sehr ähnlich, mit Ausnahme ihrer niedrigen Ionisationslinien (wie der Name schon sagt), die ziemlich stark sind. Sie sind die AGN mit der niedrigsten Leuchtkraft, die es gibt, und es wird oft gefragt, ob sie tatsächlich durch Akkretion auf ein supermassives Schwarzes Loch angetrieben werden.
Künstlerische Darstellung eines aktiven galaktischen Kerns (AGN) im Zentrum einer Galaxie. Bildnachweis: NASA/CXC/M.Weiss
Radio-laute Galaxien können auch in Kategorien wie Radiogalaxien, Quasare und Blazare unterteilt werden. Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei Radiogalaxien um elliptische Galaxien, die starke Sender von Radiowellen sind. Quasare sind die leuchtkräftigste Art von AGN, deren Spektren denen von Seyferts ähnlich sind.
Sie unterscheiden sich jedoch darin, dass ihre stellaren Absorptionsmerkmale schwach sind oder fehlen (was bedeutet, dass sie wahrscheinlich weniger dicht in Bezug auf Gas sind) und die schmalen Emissionslinien schwächer sind als die breiten Linien, die in Seyferts zu sehen sind. Blazare sind eine stark variable Klasse von AGN, die Radioquellen sind, aber keine Emissionslinien in ihren Spektren zeigen.
Erkennung:
Historisch gesehen wurden in den Zentren von Galaxien eine Reihe von Merkmalen beobachtet, die es ihnen ermöglichten, sie als AGNs zu identifizieren. Wenn beispielsweise die Akkretionsscheibe direkt zu sehen ist, sind nuklearoptische Emissionen zu sehen. Immer wenn die Akkretionsscheibe in der Nähe des Kerns durch Gas und Staub verdeckt wird, kann ein AGN anhand seiner Infrarotemissionen nachgewiesen werden.
Dann gibt es die breiten und schmalen optischen Emissionslinien, die mit verschiedenen AGN-Typen verbunden sind. Im ersteren Fall entstehen sie immer dann, wenn sich kaltes Material in der Nähe des Schwarzen Lochs befindet, und sind das Ergebnis davon, dass das emittierende Material mit hoher Geschwindigkeit um das Schwarze Loch kreist (wodurch eine Reihe von Dopplerverschiebungen der emittierten Photonen verursacht werden). Im ersten Fall ist weiter entferntes kaltes Material schuld, was zu schmaleren Emissionslinien führt.
Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops eines 5000 Lichtjahre langen Jets, der von der aktiven Galaxie M87 ausgestoßen wurde. Bildnachweis: NASA/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Als nächstes gibt es Radiokontinuums- und Röntgenkontinuumsemissionen. Während Radioemissionen immer das Ergebnis des Jets sind, können Röntgenemissionen entweder vom Jet oder der heißen Korona stammen, an der elektromagnetische Strahlung gestreut wird. Schließlich gibt es noch Röntgenlinienemissionen, die auftreten, wenn Röntgenemissionen das kalte schwere Material beleuchten, das zwischen ihm und dem Kern liegt.
Diese Anzeichen, allein oder in Kombination, haben Astronomen dazu veranlasst, zahlreiche Entdeckungen im Zentrum von Galaxien zu machen und die verschiedenen Arten von aktiven Kernen dort draußen zu unterscheiden.
Die Milchstraße:
Im Fall der Milchstraße haben laufende Beobachtungen ergeben, dass die Menge an Material, die auf Sagitarrius A angelagert wird, mit einem inaktiven galaktischen Kern übereinstimmt. Es wurde vermutet, dass es in der Vergangenheit einen aktiven Kern hatte, aber seitdem in eine funkstille Phase übergegangen ist. Es wurde jedoch auch die Theorie aufgestellt, dass es in einigen Millionen (oder Milliarden) Jahren wieder aktiv werden könnte.
Wenn das Andromeda Galaxy verschmilzt mit unserer eigenen in einigen Milliarden Jahren wird das supermassereiche Schwarze Loch, das sich in seinem Zentrum befindet, mit unserem eigenen verschmelzen und ein viel massereicheres und mächtigeres Loch erzeugen. An diesem Punkt der Kern der resultierenden Galaxie – die Milkdromeda-(Andrilky-)Galaxie vielleicht? – wird sicherlich genug Material haben, um aktiv zu werden.
Die Entdeckung aktiver Galaxienkerne hat es Astronomen ermöglicht, mehrere verschiedene Klassen von Galaxien zusammenzufassen. Es ermöglicht Astronomen auch zu verstehen, wie die Größe einer Galaxie durch das Verhalten in ihrem Kern bestimmt werden kann. Und schließlich hat es Astronomen auch geholfen zu verstehen, welche Galaxien in der Vergangenheit verschmelzen und was eines Tages für unsere eigenen kommen könnte.
Wir haben viele Artikel über Galaxien für Universe Today geschrieben. Hier ist Was treibt den Motor eines supermassiven Schwarzen Lochs an? , Könnte die Milchstraße zu einem Schwarzen Loch werden? , Was ist ein supermassives Schwarzes Loch? , Einschalten eines supermassiven Schwarzen Lochs , Was passiert, wenn supermassive Schwarze Löcher kollidieren? .
Weitere Informationen finden Sie unter Pressemitteilungen von Hubblesite zu Galaxien , und hier ist Wissenschaftsseite der NASA zu Galaxien .
Astronomy Cast hat auch Episoden über galaktische Kerne und supermassereiche Schwarze Löcher. Hier ist Folge 97: Galaxien und Episode 213: Supermassive Schwarze Löcher .
Quelle: