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Flut aus kaltem intergalaktischem Staub füttert Schwarzes Loch

09.06.2016

Ein internationales Team aus Astronomen wurde mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) Zeuge eines kosmischen Wetterereignisses, das bisher noch nie beobachtet werden konnte — eine Gruppe hochragender intergalaktischer Gaswolken regnet auf das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum einer riesigen Galaxie hinab, die eine Milliarde Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Ergebnisse erscheinen in der Zeitschrift Nature am 9. Juni 2016.

Die neue ALMA-Beobachtung ist der erste direkte Beweis, dass sich kalte, dichte Wolken aus dem heißen intergalaktischem Gas heraus verbinden und in das Herz einer Galaxie stürzen können, wodurch das zentrale supermassereiche Schwarze Loch weiter anwachsen kann. Die Beobachtungen revolutionieren auch die bisherige Ansicht der Astronomen, wie supermassereiche Schwarze Löcher durch Akkretion anwachsen.


Künstlerische Darstellung des kalten intergalaktischen Regens

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

Bisher gingen Astronomen davon aus, dass sich die supermassereichen Schwarzen Löcher in den größten Galaxien ausschließlich durch eine langsame und gleichmäßige Zufuhr ionisierten Gases aus dem Halo der Galaxie ernähren. Die neuen ALMA-Beobachtungen zeigen jedoch, dass auch sehr kaltes molekulares Gas aus riesigen Wolken sintflutartig in das Schwarze Loch hineinstürzen kann, wenn die intergalaktischen Wetterbedingungen stimmen.

Obwohl dieses Szenario in den letzten Jahren bereits eine gängige Theorie war, konnten wir mit unseren Beobachtungen den ersten Schritt hin zu einem eindeutigen Beweis liefern, dass sich supermassereiche Schwarze Löcher auch von solchen Sturzfluten aus kaltem Gasregen ernähren können,“meint Grant Tremblay, Astronom an der Yale University in New Haven, Connecticut, USA, früherer ESO-Mitarbeiter und Erstautor des neuen Fachartikels.„Die Vorstellung ist aufregend, dass wir möglicherweise tatsächlich einen galaxienumspannenden Regenguss beobachten, der ein Schwarzes Loch füttert, dessen Masse etwa dem 300 millionenfachen der Sonnenmasse entspricht.

Tremblay und sein Team nahmen mit ALMA einen ungewöhnlich hellen Haufen aus etwa 50 Galaxien in Augenschein, der als Abell 2597 bezeichnet wird. In seinem Kern befindet sich eine massereiche elliptische Galaxie, die auf Englisch als Abell 2597 Brightest Cluster Galaxy ("hellste Haufen-Galaxie") bezeichnet wird. Der Raum zwischen diesen Galaxien ist mit einer heißen, ionisierten Gashülle ausgefüllt, die im Vorfeld bereits mit dem Röntgensatelliten Chandra der NASA beobachtet wurde.

Dieses sehr, sehr heiße Gas kann sich schlagartig abkühlen, kondensieren und auf gleiche Weise wie schwüle Luft in der Erdatmosphäre Regenwolken und Niederschlag erzeugen“, erklärt Tremblay. „Die neu kondensierten Wolken regnen dann auf die Galaxie hinab, fördern die Sternentstehung und füttern ihr supermassereiches Schwarzes Loch.

Nahe des galaktischen Zentrums beobachteten die Forscher nun dieses Szenario: Drei massereiche Klumpen kalten Gases rasen mit etwa einer Millionen Kilometer pro Stunde in Richtung des supermassereichen Schwarzen Lochs im Kern der Galaxie. Jede Wolke enthält so viel Materie wie eine Millionen Sonnen und hat einen Durchmesser von mehreren Dutzend Lichtjahren.

Normalerweise sind Objekte dieser Größenordnung auf diese kosmische Distanz hin nur schwer zu erkennen, selbst mit ALMAs hervorragender Auflösung. Entdeckt werden konnten sie jedoch durch ihren Milliarde Lichtjahre langen „Schatten“, den sie in Richtung Erde werfen [1].

Zusätzliche Daten vom Very Long Baseline Array der National Science Foundation weisen darauf hin, dass die Gaswolken, die von ALMA beobachtet wurden, nur etwa 300 Lichtjahre vom Schwarzen Loch im Zentrum entfernt sind und, im astronomischen Sinne, kurz davor stehen, vom Schwarzen Loch verschlungen zu werden.

Obwohl ALMA nur drei Wolken aus kaltem Gas in der Nähe des Schwarzen Lochs entdecken konnte, vermuten die Astronomen, dass es Tausende von ihnen in der näheren Umgebung geben könnte, die möglicherweise für einen fortlaufenden Sturzregen auf das Schwarze Loch sorgen und es damit auf lange Sicht am Leben erhalten.

Die Wissenschaftler planen nun, mit ALMA in anderen Galaxien nach solchen „Regenschauern“ zu suchen, um herauszufinden, ob ein solches kosmisches Wetterphänomen so weit verbreitet ist, wie es derzeitige Theorien nahe legen.

Endnoten

[1] Die Schatten entstehen, wenn die hineinstürzenden lichtundurchlässigen Gaswolken einen Teil des hellen Hintergrundlichts im Millimeter-Bereich verdecken, das von Elektronen ausgesendet wird, die sich spiralartig um die magnetischen Felder bewegen, die sich sehr nahe am supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum befinden.

Weitere Informationen

Die hier präsentierten Forschungsergebnisse von Grant R. Tremblay et al. erscheinen am 9. Juni 2016  unter dem Titel „Cold, clumpy accretion onto an active supermassive black hole” in der Fachzeitschrift Nature.

Die beteiligten Wissenschaftler sind Grant R. Tremblay (Yale University, New Haven, Connecticut, USA; ESO, Garching), J. B. Raymond Oonk (ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy, Dwingeloo, Niederlande; Sterrewacht Leiden, Universiteit Leiden, Niederlande), Françoise Combes (LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, College de France, CNRS, Sorbonne, Paris, Frankreich), Philippe Salomé (LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, College de France, CNRS, Sorbonne, Paris, Frankreich), Christopher O’Dea (University of Manitoba, Winnipeg, Canada; Rochester Institute of Technology, New York, USA), Stefi A. Baum (University of Manitoba, Winnipeg, Canada; Rochester Institute of Technology, New York, USA), G. Mark Voit (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), Megan Donahue (Michigan State University, East Lansing, Michigan, USA), Brian R. McNamara (Waterloo University, Ontario, Kanada), Timothy A. Davis (Cardiff University, Großbritannien; ESO, Garching), Michael A. McDonald (Kavli Institute for Astrophysics & Space Research, MIT, Cambridge, Massachusetts, USA), Alastair C. Edge (Durham University, Großbritannien), Tracy E. Clarke (Naval Research Laboratory Remote Sensing Division, Washington DC, USA), Roberto Galván-Madrid (Instituto de Radioastronomía y Astrofísica, UNAM, Morelia, Michoacan, Mexiko; ESO, Garching), Malcolm N. Bremer (University of Bristol, Bristol, Großbritannien), Louise O. V. Edwards (Yale University, New Haven, Connecticut, USA), Andrew C. Fabian (Institute of Astronomy, Cambridge University, Großbritannien), Stephen Hamer (LERMA, Observatoire de Paris, PSL Research University, College de France, CNRS, Sorbonne, Paris, Frankreich) , Yuan Li (University of Michigan, Ann Arbor, Michigan, USA), Anaëlle Maury (Laboratoire AIMParis-Saclay, CEA/DSM/Irfu CNRS, University Paris Diderot, CE-Saclay, Gif-sur-Yvette, Frankreich), Helen Russell (Institute of Astronomy, Cambridge University, Großbritannien), Alice C. Quillen (University of Rochester, Rochester, New York, USA), C. Megan Urry (Yale University, New Haven, Connecticut, USA), Jeremy S. Sanders (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching bei München) und Michael Wise (ASTRON, Netherlands Institute for Radio Astronomy, Dwingeloo, Niederlande).

Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) ist eine internationale astronomische Einrichtung, die gemeinsam von der ESO, der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF) der USA und den japanischen National Institutes of Natural Sciences (NINS) in Kooperation mit der Republik Chile betrieben wird. Getragen wird ALMA von der ESO im Namen ihrer Mitgliedsländer, von der NSF in Zusammenarbeit mit dem kanadischen National Research Council (NRC), dem taiwanesischen National Science Council (NSC) und NINS in Kooperation mit der Academia Sinica (AS) in Taiwan sowie dem Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb ist die ESO federführend für den europäischen Beitrag, das National Radio Astronomy Observatory (NRAO), das seinerseits von Associated Universities, Inc. (AUI) betrieben wird, für den nordamerikanischen Beitrag und das National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) für den ostasiatischen Beitrag. Dem Joint ALMA Observatory (JAO) obliegt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA.

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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Carolin Liefke
ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel: 06221 528 226
E-Mail: eson-germany@eso.org

Grant Tremblay
Yale University
New Haven, Connecticut, USA
Tel: +1 207 504 4862
E-Mail: grant.tremblay@yale.edu

Francoise Combes
LERMA, Paris Observatory
France
E-Mail: francoise.combes@obspm.fr

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Dies ist eine Übersetzung der ESO-Pressemitteilung eso1618.

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