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Die stürmische Geburt eines Quasars

15.01.2016

ALMA enthüllt die Geheimnisse der leuchtkräftigsten bekannten Galaxie im Universum

In der leuchtkräftigsten uns bekannten Galaxie im Universum – dem Quasar W2246-0526, der für uns nur zu einem Zeitpunkt beobachtbar ist, als das Alter des Universums weniger als 10% des heutigen betrug – geht es so stürmisch zu, dass die Galaxie dabei ist, ihren gesamten Vorrat an Gas auszustoßen, den sie für die Sternentstehung benötigt. Dies geht aus neuen Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hervor.


Künstlerische Darstellung der Galaxie W2246-0526

Bild: NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Quasare sind weit entfernte Galaxien, die sehr aktive supermassereiche Schwarze Löcher in ihrem Zentrum beherbergen, die wiederum gewaltige Jets aus Teilchen und Strahlung ausstoßen. Die meisten Quasare leuchten sehr hell, aber nur ein kleiner Bruchteil [1] dieser energiegeladenen Objekte zählt zu einer ungewöhnlichen Unterart, die als Hot DOGs, oder Hot Dust-Obscured Galaxies, bezeichnet werden. So auch die Galaxie WISE J224607.57-052635.0 [2], die leuchtkräftigste uns bekannte Galaxie im Universum.

Zum ersten Mal nutzte nun ein Team aus Wissenschaftlern unter der Führung von Tanio Díaz-Santos von der Universidad Diego Portales in Santiago de Chile die einzigartigen Fähigkeiten von ALMA [3], um in das Innere von W2246-0526 hineinzuspähen und die Bewegung der ionisierten Kohlenstoffatome zwischen den Sternen der Galaxie zurückzuverfolgen.

Wir haben große Mengen dieser interstellaren Materie in einem extrem stürmischen und dynamischen Stadium vorgefunden. Sie rast mit etwa zwei Millionen Kilometern pro Stunde durch die Galaxie“, erläutert Tanio Díaz-Santos, der Erstautor der Studie, in der die Auswertung der Beobachtungen beschrieben wird.

Die Astronomen gehen davon aus, dass dieses stürmische Verhalten mit der extremen Leuchtkraft der Galaxie in Zusammenhang steht. W2246-0526 strahlt so viel Licht ab wie schätzungsweise 350 Billionen Sonnen. Diese überraschend große Helligkeit wird durch eine Scheibe aus überhitztem Gas angetrieben, das spiralförmig in das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie gesogen wird. Das Licht aus dieser hellleuchtenden Akkretionsscheibe im Zentrum dieses Hot DOG kann nicht auf direktem Wege entkommen, es wird von einer umgebenden dichten Staubdecke absorbiert, die die Energie als infrarotes Licht wieder emittiert [4].

Diese Wucht an infraroter Energie hat direkte und heftige Auswirkungen auf die gesamte Galaxie. Die Region um das Schwarze Loch ist mindestens 100 mal leuchtkräftiger als der Rest der Galaxie zusammen, dadurch wird heftige, räumlich begrenzte Strahlung in W2246-0526 frei, die einen enormen Druck auf die gesamte Galaxie ausübt [5].

„Wir haben schon vermutet, dass sich diese Galaxie aufgrund der enormen Mengen an infraroter Energie in einer Umbauphase ihres Lebens befindet“, erklärt Ko-Autor Peter Eisenhardt, Projektwissenschaftler für WISE am Jet Propulsion Laboratory der NASA im kalifornischen Pasadena.

„ALMA hat uns jetzt gezeigt, dass der tobende Brennofen in dieser Galaxie den Topf zum Überlaufen bringt“, merkt Roberto Assef an, ebenfalls von der Universidad Diego Portales und Leiter der ALMA-Beobachtungen.

Wenn diese turbulenten Bedingungen bestehen bleiben, würde die intensive infrarote Strahlung das gesamte interstellare Gas in der Galaxie verdampfen lassen. Modelle für die entwicklung von Galaxien, die auf den neuen ALMA-Daten beruhen, deuten darauf hin, dass das interstellare Gas von der Galaxie bereits in alle Richtungen ausgestoßen wird.

„Wenn dieses Muster bestehen bleibt, ist es möglich, dass sich W2246 letzten Endes zu einem herkömmlichen Quasar entwickeln wird“, folgert Manuel Aracena, ebenfalls von der Universidad Diego Portales. „Nur ALMA mit seiner unvergleichlichen Auflösung ermöglicht es uns, dieses Objekt hochauflösend beobachten und solch eine wichtige Phase im Leben einer Galaxie erforschen zu können.“

Endnoten

[1] Nur einer von 3000 beobachteten Quasaren zählt zu der Klasse der Hot DOGs.

[2] Der vollständige Name dieses außergewöhnlichen Objekts ist WISE J224607.57-052635.0, es wurde vom Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) der NASA entdeckt, der restliche Name gibt die genaue Position des Quasars am Himmel an.

[3] ALMA ist besonders geeignet, um lichtschwache Wellenlängen im Millimeterbereich aufzuspüren, wie sie normalerweise von Kohlenstoffatomen emittiert werden.

[4] Aufgrund der Expansion des Universums ist die infrarote Strahlung aus W2246-0526 zu längeren Wellenlängen im Millimeterbereich – in dem ALMA sehr empfindlich ist – hin rotverschoben, wenn sie von der Erde aus beobachtet wird.

[5] In den meisten anderen Quasaren ist dieses Verhältnis moderater. Den Prozess der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen dem zentralen Schwarzen Loch einer Galaxie und dem Rest ihrer Materie bezeichnen Astronomen als Rückkopplung.

Weitere Informationen

Die hier vorgestellten Forschungsergebnisse von T. Díaz-Santos et al. erscheinen demnächst unter dem Titel „The Strikingly Uniform, Highly Turbulent Interstellar Medium of The Most Luminous Galaxy in the Universe ” in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters.

Die beteiligten Wissenschaftler sind T. Díaz-Santos (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. J. Assef (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), A. W. Blain (University of Leicester, Großbritannien) , C.-W. Tsai (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornien, USA) , M. Aravena (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), P. Eisenhardt (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornien, USA), J. Wu (University of California Los Angeles, USA), D. Stern (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornien, USA) und C. Bridge (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornien, USA).

Die Europäische Südsternwarte (engl. European Southern Observatory, kurz ESO) ist die führende europäische Organisation für astronomische Forschung und das wissenschaftlich produktivste Observatorium der Welt. Getragen wird die Organisation durch 16 Länder: Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, die Schweiz und die Tschechische Republik. Die ESO ermöglicht astronomische Spitzenforschung, indem sie leistungsfähige bodengebundene Teleskope entwirft, konstruiert und betreibt. Auch bei der Förderung internationaler Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Astronomie spielt die Organisation eine maßgebliche Rolle. Die ESO verfügt über drei weltweit einzigartige Beobachtungsstandorte in Chile: La Silla, Paranal und Chajnantor. Auf dem Paranal betreibt die ESO mit dem Very Large Telescope (VLT) das weltweit leistungsfähigste Observatorium für Beobachtungen im Bereich des sichtbaren Lichts und zwei Teleskope für Himmelsdurchmusterungen: VISTA, das größte Durchmusterungsteleskop der Welt, arbeitet im Infraroten, während das VLT Survey Telescope (VST) für Himmelsdurchmusterungen ausschließlich im sichtbaren Licht konzipiert ist. Die ESO ist einer der Hauptpartner bei ALMA, dem größten astronomischen Projekt überhaupt. Auf dem Cerro Armazones unweit des Paranal errichtet die ESO zur Zeit das European Extremely Large Telescope (E-ELT) mit 39 Metern Durchmesser, das einmal das größte optische Teleskop der Welt werden wird.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
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Santiago, Chile
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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1602.

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