Eine neue Untersuchung eines seltenen, kurzlebigen Galaxientyps hat ergeben, dass solche Objekte ruhende supermassereiche Schwarze Löcher beherbergen, die kurzzeitig aufwachen, um einen massereichen Stern auseinanderzureißen und seine Überreste wie ein riesiges kosmisches Frühstück zu verschlingen.
„Kompakte symmetrische Objekte“ oder CSOs sind aktive Galaxien, die zwei Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit aussenden. Diese Jets kommen häufig bei aktiven galaktischen Kernen (AGN) vor, in deren Herzen sich supermassereiche Schwarze Löcher befinden, die sich von umgebendem Gas und Staub ernähren – die Jets von CSOs sind jedoch anders.
Während AGN-Jets 230.000 Lichtjahre in beide Richtungen ausdehnen können, sind CSO-Jets verkümmert und erstrecken sich nur etwa 1.500 Lichtjahre.
Wissenschaftler hatten zuvor die Hypothese aufgestellt, dass CSO-Jets kurz seien, weil sie neu gebildet oder jung seien. Nun hat ein Team unter der Leitung von Wissenschaftlern des California Institute of Technology (Caltech) festgestellt, dass diese Jets einfach nur eine kurze Lebensdauer haben.
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„Diese CSOs sind nicht jung. Man würde einen 12-jährigen Hund nicht als jung bezeichnen, selbst wenn er weniger als ein erwachsener Mensch leben würde“, sagte Anthony Readhead, Leiter des Studienteams und emeritierter Professor für Astronomie am Caltech. Eine Erklärung. „Diese Objekte sind eine eigenständige Spezies, die in Tausenden von Jahren lebt und stirbt, und nicht in Millionen von Jahren, wie es bei Galaxien mit größeren Jets der Fall ist.“
Angeknabberte Schwarze Löcher geben Galaxien ein Hundeleben
Um das Rätsel der CSOs zu lösen und ihre wahre Natur zu entdecken, haben Readhead und seine Kollegen zwei Jahre damit verbracht, 3.000 CSO-Kandidaten in der bisherigen Literatur und astronomischen Daten des Very Long Baseline Array (VLBA) und anderer hochauflösender Radioteleskope zu durchforsten.
„VLBA-Beobachtungen sind die detailliertesten in der Astronomie und liefern Bilder mit einer Detailgenauigkeit, die der Messung der Breite eines menschlichen Haares in einer Entfernung von 100 Meilen entspricht.“ [160 kilometers]” Sagte Lesekopf.
Das Team bestätigte 64 dieser Kandidaten als CSOs und entdeckte außerdem 15 weitere dieser seltenen Galaxien. Durch die Analyse dieser CSOs kam das Team zu dem Schluss, dass diese Art seltener Galaxien nur für 5.000 Jahre oder weniger Jets ausstoßen und dann verschwinden.
„CSO-Jets sind sehr energiereiche Jets, aber sie scheinen aufzuhören“, sagte Teammitglied Vikram Ravi, Assistenzprofessor am Caltech. „Die Jets hören auf, aus der Quelle zu strömen.“
Das Team hat einen Verdächtigen für die Emission dieser Jets identifiziert: Sie gehen davon aus, dass sich im Zentrum der CSOs supermassereiche Schwarze Löcher befinden, die Sterne, die ihnen zu nahe kommen, in sogenannten „Ereignissen“ zerreißen. „Gezeitenstörung“ oder TDE.
Wenn Sterne einem Schwarzen Loch zu nahe kommen, erzeugt dessen immense Schwerkraft starke Gezeitenkräfte im Sternkörper. Diese Gezeitenkräfte dehnen den Stern vertikal aus, während sie ihn horizontal zusammendrücken, ein Vorgang, der als „Spaghettifizierung“ bezeichnet wird.
Diese Sternnudel wickelt sich um und bildet eine Materialscheibe, die nach und nach vom supermassereichen Schwarzen Loch gefressen wird. Aber Schwarze Löcher sind unordentliche Fresser, und ein Teil dieser Sternmaterie wird zu den Polen dieser kosmischen Monster geleitet. Von dort wird ein Teil des Materials in Form von Strahlen ausgestoßen. Dieser TDE-Prozess wird von unglaublich hellen Lichtemissionen begleitet, die den Astronomen verraten, dass sie supermassereiche Schwarze Löcher speisen.
„Wir glauben, dass ein einzelner Stern auseinandergerissen wird und dann die gesamte Energie in Jets entlang der Achse geleitet wird, um die sich das Schwarze Loch dreht“, erklärte Readhead. „Das riesige Schwarze Loch beginnt für uns unsichtbar zu werden, und wenn es dann einen Stern verschlingt, bumm! Das Schwarze Loch hat Treibstoff und wir können ihn sehen.“
Allerdings kann nicht jeder Stern die chaotische kosmische Mahlzeit sein, die ein Schwarzes Loch als CSO erweckt. Das Team glaubt, dass nur dann ein CSO entsteht, wenn ein wirklich massereicher Stern von einem supermassereichen Schwarzen Loch in einem TDE auseinandergerissen wird.
„Die TDEs, die wir zuvor gesehen haben, hielten nur ein paar Jahre an“, erklärte Ravi. „Wir glauben, dass die bemerkenswerten TDEs, die CSOs antreiben, viel länger anhalten, weil die gestörten Sterne sehr groß, sehr massereich oder beides sind.“
Readhead und seine Kollegen konnten außerdem ein „kosmisches Familienalbum“ erstellen, das zeigt, wie sich OSCs und ihre Flugzeuge im Laufe der Zeit entwickeln. Jüngere CSOs haben kürzere Jets, die näher am zentralen supermassiven Schwarzen Loch liegen, während ältere CSOs längere Jets haben, die sich weiter vom TDE-Standort entfernen.
Das Team stellte fest, dass, obwohl die überwiegende Mehrheit der OSCs verschwinden wird, 1 % von ihnen langanhaltende Ereignisse mit ausgedehnten Jets erleben wird, wie sie in Cygnus A zu sehen sind, einem entfernten supermassereichen Schwarzen Loch, dessen Jets auf die Erde gerichtet sind, einem entfernten supermassereichen Schwarzen Loch, dessen Strahlen auf die Erde gerichtet sind. Objektklasse namens Blazar.
Bei diesem 1 von 100 langlebigen Ereignissen vermuten die Forscher, dass das zentrale Schwarze Loch durch zusätzliches Gas und Staub angetrieben wird, der durch die Verschmelzung seiner Muttergalaxie mit einer anderen entsteht.
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Für Readhead bestätigen diese Ergebnisse eine Theorie, die er erstmals in den 1990er Jahren formulierte, als nur drei CSOs entdeckt worden waren. Als diese Idee zum ersten Mal vorgeschlagen wurde, war sie der breiteren wissenschaftlichen Gemeinschaft weitgehend unbekannt, es wird jedoch erwartet, dass sie mit diesen neuen Erkenntnissen an Bedeutung gewinnt.
„Die Hypothese geriet so gut wie in Vergessenheit, als Jahre vergingen, bis sich die Beobachtungsergebnisse für TDEs zu häufen begannen“, sagte Readhead. „Bei diesen Objekten handelt es sich in der Tat um eine eigenständige Population mit eigenem Ursprung, und es liegt nun an uns, mehr über sie und ihre Entstehung zu erfahren.
„Die Möglichkeit, diese Objekte auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrzehnten statt von Millionen von Jahren zu untersuchen, hat die Tür zu einem völlig neuen Labor für die Untersuchung supermassereicher Schwarzer Löcher und der vielen unerwarteten und unvorhersehbaren Überraschungen geöffnet, die ‚sie bereiten‘.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden letzten Monat in drei Studien im Astrophysical Journal veröffentlicht.