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 Neue Perspektiven durch gespiegelte Systeme
05.12.2016 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

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: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flüssiger Wasserstoff im freien Fall

05.12.2016 | Maschinenbau

Forscher sehen Biomolekülen bei der Arbeit zu

05.12.2016 | Biowissenschaften Chemie

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungsnachrichten