Gibt es ein großes „X“ im Universum? Das ist eine einzigartige Radiogalaxie, die von einem supermassiven Schwarzen Loch gebildet wird!

Jets von Galaxien erstrecken sich in den Weltraum und ihre Entstehung könnte weitaus einfacher sein als bisher angenommen.

Ein komplexes Modell zeigt, dass diese X-förmigen Himmelskörper, die in den Weltraum geschleudert werden, möglicherweise durch einige einfache Mechanismen entstanden sind und weitaus einfacher sind, als Wissenschaftler bisher dachten. Modelle lassen darauf schließen, dass diese besondere Form durch die Wechselwirkung zwischen heißem Gas aus der Galaxie, das in das supermassereiche Schwarze Loch fällt, und dem Lichtgeschwindigkeitsstrahl in der Nähe des Schwarzen Lochs entsteht.

Wenn diese Hypothese zutrifft, deutet das Modell darauf hin, dass X-förmige Radiogalaxien weitaus häufiger vorkommen als Wissenschaftler dachten. Da X-förmige Jets allerdings nur sehr kurz existieren, hatten die Astronomen bisher nicht das Glück, mehr davon zu entdecken.

Abbildung: Eine Simulation, die die Entwicklung eines X-förmigen Strahls zeigt. Die rote gasförmige Materie ist die gasförmige Materie, die ständig in das Schwarze Loch fällt, und die blaue Materie ist der Strahl, der aus dem Schwarzen Loch ausgestoßen wird.

Das neue Modell, das von Astrophysikern der Northwestern University in Illinois vorgeschlagen wurde, ist das erste groß angelegte Modell, das den Einfall von galaktischem Gas über große Entfernungen auf die Oberfläche eines großen Himmelskörpers verfolgt. In diesem Modell stellen die Forscher eine einfache Bedingung für ein supermassereiches Schwarzes Loch auf, in der es eine dünne Schicht umgebender Materie absorbiert, die Wissenschaftler als Akkretionsscheibe bezeichnen. Nach dem Hinzufügen dieser Bedingung bildete das Modell unerwartet eine X-förmige Radiogalaxiestruktur.

Aretaeos Larakos ist Doktorand am Fachbereich Physik und Astronomie der Northwestern University und Autor der Studie. „Wir haben festgestellt, dass selbst einfache anfängliche Symmetriebedingungen zu chaotischen Strukturen führen können“, sagte er.

Modelle zeigen, dass X-förmige Galaxien entstehen, wenn einfallende gasförmige Materie ausgestoßene Materie aus einem supermassereichen Schwarzen Loch ablenkt. In den frühen Phasen des Modelllaufs erscheinen und verschwinden diese Jets von selbst und in unregelmäßigen Wellen. Diese frühen unregelmäßigen Jets führten dazu, dass sich das Gas ausdehnte, in verschiedene Richtungen strömte und die X-förmige Galaxie bildete.

Bild: Die X-förmige Galaxie PKS2014-55 bildet einen Jet, der sich 2,5 Lichtjahre weit in den Weltraum erstreckt.

Wenn die Jets jedoch stark genug werden, um das einfallende Gas hinauszudrücken, hören sie auf zu fluktuieren und stabilisieren sich in einer einzigen Dimension um das Schwarze Loch herum.

Dieses Prinzip hat das Potenzial, die bisher weit verbreitete Ansicht zu ersetzen, dass X-förmige Radiogalaxien durch Galaxienkollisionen entstehen. Larakos beschrieb das Szenario: „Die Kollision zweier Galaxien bildete ein supermassereiches Schwarzes Loch und veränderte die Bewegung des verbleibenden Schwarzen Lochs und die Richtung seiner Jets.“ Wissenschaftler haben außerdem eine weitere Hypothese vorgeschlagen: Demnach entsteht die X-Form durch die Wechselwirkung der Jets um das Schwarze Loch mit großen Gasnebeln.

„Unsere Ergebnisse zeigen nun zum ersten Mal, dass X-förmige Radiogalaxien auf einfachere Weise entstehen können“, sagte Larakes.

X-förmige Galaxie ist eine überraschende Entdeckung

Larax wollte mit dem Modell ursprünglich nur herausfinden, wie viel Materie ein supermassereiches Schwarzes Loch verschlingen würde, doch als er unerwartet auf den Entstehungsprozess von X-förmigen Galaxien stieß, war er von diesem Ergebnis schockiert. Als die Astrophysikerin Sasha Chekovsky von der Northwestern University die Formen sah, die sich aus den Modellen herausbildeten, erkannte sie sofort die Bedeutung der Entdeckung.

„Er sagte mir: ‚Dummkopf, das ist riesig! Es hat die Form eines X‘“, erinnerte sich Lalakos. Er sagte, Astronomen hätten ihr ganzes Leben lang Galaxien dieser Form beobachtet und nie herausfinden können, wie sie entstanden seien. Und wir haben sie auf eine Art und Weise erschaffen, wie es noch niemand zuvor getan hatte.

Larakos vermutet, dass der Schlüssel zum Erfolg des Modells und zur enormen Aufmerksamkeit, die es erhalten hat, in seiner Einfachheit liegt und in der Tatsache, dass das Gas um das Schwarze Loch nicht symmetrisch ist.

„Normalerweise platzieren die Forscher das Schwarze Loch in der Mitte ihres Modells und haben eine große, eingebaute gasförmige Akkretionsscheibe darum herum“, sagte Lalakos. „Danach könnten sie Gas um die Scheibe herum hinzufügen. Aber in meinem Modell gab es diese Komplikationen nicht.“

Lalakos erklärte, dass es im Modell seines Teams in der Frühphase keine Gasscheibe um das Schwarze Loch gibt, sondern dass diese erst dann entsteht, wenn sich das rotierende Gas dem Schwarzen Loch nähert. Das die Gasscheibe umgebende Gas fällt in das Schwarze Loch und bildet Jets, die zu fluktuieren beginnen.

„Ich habe meine Annahmen so weit wie möglich vereinfacht und die Ergebnisse, die ich erhielt, waren wie eine Überraschung. Mit solch einfachen Anfangsbedingungen sahen wir zum ersten Mal das X-Muster im Modell“, sagte Lalakos.

Eine derart einfache Struktur könnte auch darauf hinweisen, dass X-förmige Radiogalaxien im Universum sehr häufig sind, jedoch nicht lange existieren. Dies könnte auch erklären, warum Astronomen bisher nur etwa 10 % der Radiogalaxien beobachtet haben.

„X-förmige Galaxien können entstehen, wenn ein Schwarzes Loch neues Gas aufnimmt und es wieder absorbiert. Sie könnten also recht häufig auftreten, aber wir haben einfach nicht das Glück, sie zu sehen“, sagte Lalakos. „Diese Form tritt nur auf, wenn die Jets energiereich genug sind, um Gas auszustoßen.“

Larakos wird weitere mögliche Formen untersuchen, indem er die Parameter des Modells modifiziert, etwa die Größe der Akkretionsscheibe oder die Rotationsgeschwindigkeit des supermassiven Schwarzen Lochs.

Solche komplexen Modelle sind im Forschungsprozess äußerst wertvoll, da es für uns schwierig ist, echte Schwarze Löcher zu beobachten, insbesondere neu entstandene Schwarze Löcher. „Unter den meisten kosmischen Bedingungen ist es unmöglich, in den Raum um ein Schwarzes Loch hineinzuzoomen und zu sehen, was um es herum vor sich geht“, sagte Lalakos.

„Und selbst wenn wir es beobachten könnten, hätten wir nicht genug Zeit dafür. Wenn sich bereits ein supermassereiches Schwarzes Loch gebildet hat, können wir seine Entwicklung nicht mehr beobachten, da die menschliche Lebensspanne zu kurz ist. In den meisten Fällen verlassen wir uns auf Modelle, um die Phänomene rund um Schwarze Löcher zu verstehen“, fügte Lalakos hinzu.

VON: Robert Lea

Geschäftsjahr: Herbst

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