Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie die hellsten Leuchten im All «flimmern»

24.06.2015

Aktive Galaxienkerne sind die hellsten Objekte im Universum. Sie leuchten nicht permanent, sondern «flimmern» vielmehr extrem langsam. Diese Erkenntnis von ETH-Forschenden hilft, den Einfluss dieser Kerne und von schwarzen Löchern auf ihre Heimatgalaxie besser zu verstehen.

Supermassereiche schwarze Löcher ziehen Gas in ihrer Umgebung mit enormer Kraft an. Rotiert solches Gas um das schwarze Loch, wird es durch Reibung immer heisser und beginnt zu strahlen. So entstehen die hellsten Objekte im Universum: sogenannte aktive Galaxienkerne (AGN, für englisch: active galactic nucleus). Sie strahlen oft heller als die hundert Milliarden von Sternen ihrer Galaxie. Auch im Zentrum unserer Heimatgalaxie, der Milchstrasse, sitzt ein solches schwarzes Loch, das gemäss einiger Studien vor wenigen Jahrmillionen als AGN geleuchtet haben dürfte. Forschende der ETH Zürich um Astronomie-Professor Kevin Schawinski zeigen nun in einer neuen Studie, dass diese AGN nicht permanent leuchten, sondern vielmehr einer flimmernden Lampe gleichen. Die ETH-Astronomen berichten in der jüngsten Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erstmals anhand von Beobachtungsdaten, dass AGN sich alle paar hunderttausend Jahre «ein- und ausschalten».


«Hanny's Voorwerp» (grün, unten) ist ein astronomisches Objekt, das sich vor rund 200‘000 Jahren ausgeschaltet hat. Oben ist die Spiralgalaxie IC 2497 sichtbar. (Bild: NASA, ESA, W. Keel, Galaxy Zoo Team)

AGN emittieren Licht über das ganze elektromagnetische Spektrum von Röntgenstrahlen bis zu Radiowellen. So erfassen Teleskope einerseits Röntgenstrahlung, die aus der unmittelbaren Umgebung des AGN stammt. Andererseits registrieren Teleskope auch sichtbares Licht, allerdings erst mit einer gewissen Verzögerung: Es ist wie mit einer Gaslampe, die nicht sofort leuchtet, wenn man den Schalter umlegt.

Das sichtbare Licht stammt nämlich nicht direkt aus dem aktiven Galaxienkern, sondern vom Gas, das den Raum zwischen den Sternen in der Galaxie ausfüllt. Die Atome dieses interstellaren Gases werden von der Strahlung aus dem aktiven Galaxienkern in einer ganz bestimmten Weise zum Leuchten angeregt. Die Verzögerung resultiert aus der Zeit, die das Licht braucht, um bis zum Rand der Galaxie zu gelangen und so die galaktische «Gaslampe» anzuschalten. Bevor dies geschieht, befindet sich der aktive Galaxienkern im scheinbar «ausgeschalteten» Zustand – zumindest, was das sichtbare Licht angeht. In diesem Zustand sendet der aktive Galaxienkern aber bereits Röntgenstrahlung aus.

Scheinbar «ausgeschaltete» Kerne

Die ETH-Forschenden fanden nun in einer grossen Datensammlung beobachteter aktiver Galaxienkerne, dass rund fünf Prozent davon im scheinbar «ausgeschalteten» Zustand waren. Das heisst, sie wurden zwar von Röntgenteleskopen detektiert, leuchteten aber noch nicht mit dem typischen sichtbaren Licht einer «galaktischen Gaslampe».

Wenn fünf Prozent aller beobachteten aktiven Galaxienkerne noch nicht sichtbar leuchtet, dann bedeutet das, so die Folgerung der Wissenschaftler, dass der scheinbar ausgeschaltete Zustand fünf Prozent, also ein Zwanzigstel, der Gesamtdauer einer AGN-Hell-Dunkel-Phase ausmacht. Es ist so, als ob man jeden Tag ein Foto eines Menschen aufnähme: am Ende seines Lebens wird es mehr Fotos aus dem längeren Erwachsenenalter geben als aus der kürzeren Pubertät, und zwar in dem gleichen Verhältnis, in dem das Erwachsenalter länger war als die Pubertät.

190‘000 Jahre Helligkeit

Nun wussten die Forschenden aus früheren theoretischen Arbeiten, dass der ausgeschaltete Zustand eines aktiven Galaxienkernes – man kann ihn mit einer Lebensphase wie der Pubertät vergleichen – circa 10‘000 Jahre dauern sollte. Das ist nämlich die Zeit, die das Licht braucht, um eine typische Galaxie zu durchqueren. Daraus ergibt sich im Umkehrschluss, dass eine komplette AGN-Phase – das Analogon eines ganzen Menschenlebens – im Durchschnitt 20 Mal so lange, also 200‘000 Jahre, dauert.

«Dieses Ergebnis ist wichtig, um besser zu verstehen, wie ein aktiver Galaxienkern die ihn umgebende Galaxie beeinflusst», sagt ETH-Professor und Studienleiter Kevin Schawinski. Astrophysiker haben bisher gewusst, dass aktive Galaxienkerne sogar über mehrere Milliarden Jahre Gas ansammeln können. Niemand wusste aber, ob sie über diese gesamte Zeitspanne genügend Gas ansammeln, um zu leuchten. «Jetzt wissen wir, dass das Leuchten eines aktiven Galaxienkerns eher dem Flackern einer Energiesparlampe gleicht, die alle 20 Millisekunden zwischen ‹An› und ‹Aus› hin- und herschaltet», erläutert Schawinski. Im Vergleich zu den hunderten von Jahrmillionen, in denen ein Galaxienkern aktiv bleibt, sind 200‘000 Jahre eine ebenso kurze Zeit.

Einfluss auf Sternentstehung

«Die 200‘000 Jahre sind als Grössenordnung zu verstehen und sie sind ein statistischer Mittelwert», betont Schawinski. Das heisst, für die eine Galaxie kann die AGN-Phase etwas länger dauern als für die andere. Aber für alle sollte diese Dauer einige hunderttausend Jahre betragen. Diese Einschränkung könnte helfen zu verstehen, wie aktive Galaxienkerne in die Entwicklung ihrer Heimatgalaxie eingreifen. So ist es zum Beispiel möglich, dass die Strahlung aus einem AGN die in sich zusammenfallenden Gaswolken, in denen Sterne entstehen, aufheizt. Das Aufheizen würde den Kollaps der Gaswolken und somit die Entstehung von Sternen hinauszögern oder ganz verhindern. Dafür müsste der aktive Galaxienkern aber lange genug leuchten. «Mit der Abschätzung der Dauer einer AGN-Phase kommen wir der Antwort auf diese Frage ein gutes Stück näher», sagt Schawinski.

Literaturhinweis

Schawinski K, Koss M, Berney S, Sartori LF: Active galactic nuclei flicker: an observational estimate of the duration of black hole growth phases of 105 years. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 2015, 451: 2517-2523, doi: 10.1093/mnras/stv1136 [http://mnras.oxfordjournals.org/content/451/3/2517]


Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2015/06/wie-die-he...

News und Medienstelle | ETH Zürich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Raumschrott im Fokus
20.05.2018 | Universität Bern

nachricht Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.
18.05.2018 | Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

Tagung »Anlagenbau und -betrieb der Zukunft«

17.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

Wie Immunzellen Bakterien mit Säure töten

18.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics