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Mit dem James Webb Space Telescope (JWST) haben Astronomen die Struktur von Staub und Gas um ein entferntes supermassereiches Schwarzes Loch fotografiert und dabei buchstäblich ein „Schock“-Merkmal entdeckt.
Das Team entdeckte, dass die Energie, die diese wirbelnde Gas- und Staubwolke erhitzt, tatsächlich von Kollisionen mit Gasstrahlen stammt, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, oder „Schocks“. Wissenschaftler hatten zuvor die Hypothese aufgestellt, dass die Energie, die diesen Staub erhitzt, vom supermassiven Schwarzen Loch selbst stammt – eine unerwartete Wendung.
Die galaktische Heimat dieses besonders massereichen Schwarzen Lochs ist ESO 428-G14, eine aktive Galaxie, die etwa 70 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Der Begriff „aktive Galaxie“ bedeutet, dass ESO 428-G14 über eine zentrale Region oder einen „aktiven galaktischen Kern“ (AGN) verfügt, der aufgrund der Anwesenheit eines supermassiven Schwarzen Lochs, das sich gierig von der Materie ernährt, starkes und intensives Licht im gesamten elektromagnetischen Spektrum aussendet um es herum.
Die schockierende Entdeckung von AGN wurde von Mitgliedern der Galactic Activity, Torus, and Outflow Survey (GATOS)-Kollaboration gemacht, die spezielle JWST-Beobachtungen nutzen, um die Herzen nahegelegener Galaxien zu untersuchen.
„Es gibt viele Debatten darüber, wie AGNs Energie in ihre Umgebung übertragen“, sagte David Rosario, Mitglied des GATOS-Teams und Dozent an der University of Newcastle, in einer Erklärung. „Wir hatten nicht damit gerechnet, dass Funkjets solche Schäden anrichten würden. Und doch ist es so! »
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Enthüllung der Geheimnisse eines „lauten“ Schwarzen Lochs
Es wird angenommen, dass alle großen Galaxien zentrale supermassereiche Schwarze Löcher haben, deren Masse Millionen bis Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne, aber nicht alle dieser Schwarzen Löcher sind in AGNs zu finden.
Nehmen wir zum Beispiel die Milchstraße. Das supermassive Schwarze Loch Sagittarius A* (Sgr A*) unserer Galaxie ist von so wenig Materie umgeben, dass seine Materie-„Ernährung“ der eines Menschen entspricht, der täglich ein Reiskorn isst. Million Dies macht Sgr A*, das eine Masse von etwa 4,3 Millionen Sonnen hat, zu einem „ruhigen“ Schwarzen Loch, das aber sicherlich verrauschte Nachbarn hat.
Betrachten Sie das supermassive Schwarze Loch im Herzen der Galaxie Messier 87 (M87), etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernt. Dieses Schwarze Loch M87* ist mit einer Masse von etwa 6,5 nicht nur viel massereicher als Sgr A* Milliarde Sonnen, aber es ist auch von einer großen Menge Gas und Staub umgeben, von denen es sich ernährt.
Dieses Material kann nicht einfach direkt auf M87* fallen, da es einen Drehimpuls trägt. Das bedeutet, dass es eine wirbelnde, abgeflachte Gas- und Staubwolke um das supermassereiche Schwarze Loch, die „Akkretionsscheibe“, bildet, die es nach und nach speist.
Supermassereiche Schwarze Löcher sitzen nicht einfach passiv in Akkretionsscheiben und warten darauf, gefüttert zu werden wie ein kosmisches Baby im Hochstuhl. Der immense Gravitationseinfluss dieser kosmischen Titanen erzeugt enorme Gezeitenkräfte in der Akkretionsscheibe und erzeugt eine Fiktion, die sie auf Temperaturen von bis zu 10 Millionen Grad Celsius erhitzt.
Dies lässt die Akkretionsscheibe leuchten und sorgt so für einen Teil der AGN-Beleuchtung. Der immense Gravitationseinfluss dieser kosmischen Titanen erzeugt enorme Gezeitenkräfte in der Akkretionsscheibe und erzeugt eine Fiktion, die sie auf Temperaturen von bis zu 18 Millionen Grad Fahrenheit (10 Millionen Grad Celsius) erhitzt.
Aber das ist nicht alles.
Wie bei einem sich schlecht benehmenden Kind passt die „Nahrung“ eines supermassereichen Schwarzen Lochs nicht vollständig in seinen „Mund“. Starke Magnetfelder leiten einen Teil des Materials von den Akkretionsscheiben zu den Polen des Schwarzen Lochs und beschleunigen so diese geladenen Teilchen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit. Es ist, als würde Ihr Kind sein Essen nach Ihnen werfen.
Von den beiden Polen des Schwarzen Lochs schießt diese Materie in Form paralleler astrophysikalischer Jets nach außen. Diese Strahlen werden auch von einer Lichtemission im gesamten elektromagnetischen Spektrum begleitet, die bei Radiowellen besonders stark ist.
Dank dieser Beiträge können AGNs so hell sein, dass sie das kombinierte Licht aller Sterne in der sie umgebenden Galaxie in den Schatten stellen.
Der Staub, der AGNs umgibt, kann uns oft daran hindern, ihre Kerne zu sehen, indem er sichtbares Licht und andere Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung absorbiert. Infrarotlicht kann diesem Staub jedoch entkommen und glücklicherweise sieht JWST den Kosmos im Infrarot. Damit ist dieses leistungsstarke Weltraumteleskop das ideale Werkzeug zur Beobachtung des AGN-Zentrums.
Als das GATOs-Team dieses Experiment für ESO 428-G14 durchführte, entdeckten sie, dass sich Staub in der Nähe des supermassiven Schwarzen Lochs entlang seines Jets ausbreitete. Dies offenbarte eine unerwartete Beziehung zwischen den Jets und dem Staub, was darauf hindeutet, dass diese starken Strömungen sowohl für die Erwärmung als auch für die Formung des Staubs verantwortlich sein könnten.
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Weitere Untersuchungen der Verbindung zwischen Jets und Staub um supermassereiche Schwarze Löcher könnten zeigen, wie diese kosmischen Titanen die Bildung ihrer Galaxien beeinflussen und wie Materie in AGNs recycelt wird.
„Die Möglichkeit zu haben, mit proprietären JWST-Daten zu arbeiten und vor allen anderen auf diese atemberaubenden Bilder zuzugreifen, ist mehr als aufregend“, sagte Houda Haidar, Doktorand an der School of Mathematics, Statistics and Physics der Newcastle University. „Ich fühle mich unglaublich glücklich, Teil des GATOS-Teams zu sein. Die enge Zusammenarbeit mit den besten Experten auf diesem Gebiet ist ein wahres Privileg. »
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.