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Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben Astronomen den ersten starken „galaxiengroßen“ Wind entdeckt, der von einem supermassiven Quasar ausgeht, der von einem Schwarzen Loch angetrieben wird. Der starke Wind treibt Gas und Staub mit unglaublicher Geschwindigkeit aus seiner Galaxie weg und tötet so die Sternentstehung in seiner Muttergalaxie.
Dieser Quasar mit der Bezeichnung J1007+2115 ist so weit entfernt, dass wir ihn so sehen, wie er nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall war, als das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum nur „ungefähr 5 % seines heutigen Alters“ hatte. Obwohl J1007+2115 damit der drittälteste jemals beobachtete Quasar ist, ist es der erste jemals beobachtete Quasar, aus dem ein starker galaxiengroßer Wind austritt.
Die Emissionen dieses Quasars sind jedoch nicht nur wegen ihres Alters bemerkenswert. Die Winde von J1007+2115 erstrecken sich vom Schwarzen Loch an ihrer Quelle über atemberaubende 7.500 Lichtjahre, was etwa 25 nebeneinander aufgereihten Sonnensystemen entspricht. Die Materie, die sie jedes Jahr umleiten, entspricht 300 Sonnen mit einer Geschwindigkeit, die der 6.000-fachen Lichtgeschwindigkeit entspricht, sagten die Forscher.
„Dies ist der drittälteste und drittweiteste Quasar, der von einem sich ansammelnden supermassiven Schwarzen Loch angetrieben wird, das heute bekannt ist“, sagte Weizhe Liu, Leiter des Entdeckungsteams und Forscher an der University of Chicago, gegenüber Space.com. „Nach unserem Kenntnisstand ist dieser von einem Quasar angetriebene Wind im galaktischen Maßstab der derzeit älteste bekannte.“
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Die Winde dieses zentralen supermassereichen Schwarzen Lochs könnten sogar stark genug sein, um die Heimatgalaxie, durch die es mit 6.000-facher Schallgeschwindigkeit fließt, zu „töten“ und ihr das Material zu entziehen, das sie für die Geburt neuer Sterne benötigt.
Wie supermassereiche Schwarze Löcher Wind erzeugen
Es wird angenommen, dass alle großen Galaxien in ihrem Kern ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse haben, die millionen- und milliardenfach so groß ist wie die der Sonne. Aber nicht alle dieser Schwarzen Löcher treiben Quasare an, die hellsten Lichtquellen im Kosmos.
Tatsächlich sind einige supermassereiche Schwarze Löcher nicht von großen Mengen an Gas und Staub umgeben, von denen sie sich ernähren könnten. Das supermassive Schwarze Loch im Herzen unserer eigenen Galaxie, Sagittarius A* (Sgr A*), ist beispielsweise ruhig und dunkel.
Andere supermassereiche Schwarze Löcher sind von einer Fülle an Material umgeben, das in einer abgeflachten Wolke, einer sogenannten Akkretionsscheibe, um sie herum wirbelt und sie nach und nach ernährt. Der immense Gravitationseinfluss des zentralen Schwarzen Lochs verursacht starke Reibung in den Akkretionsscheiben, wodurch dieses Material erhitzt und hell glüht.
Diese als aktive galaktische Kerne (AGN) bezeichneten Regionen sind so hell, dass sie das kombinierte Licht aller Sterne in der sie umgebenden Galaxie überstrahlen können. Wenn man diese Regionen aus großer Entfernung beobachtet, nennt man sie „Quasare“.
Die starke Strahlung der Akkretionsscheiben hat noch einen weiteren Effekt: Sie stößt Materie wie Gas und Staub rund um das AGN ab. Diese Quasarwinde können auch Gas und Staub aus der größeren Galaxie wegblasen, in der sich die Quasare befinden.
Mit Hilfe von JWST konnten Forscher beobachten, dass sich die Materie in den Quasarwinden von J1007+2115 mit einer unglaublichen Geschwindigkeit von 4,7 Millionen Meilen pro Stunde (7,6 Millionen km/h) bewegt. Wie Sie sich vorstellen können, transportieren solch starke und weitreichende Winde viel Material. Liu sagte, die Quasarwinde von J1007+2115 transportieren jedes Jahr Material mit einer Masse, die 300 Sonnen entspricht.
Die Galaxie, in der sich J1007+2115 befindet, ist reich an dichtem molekularem Gas und Staub, den Bausteinen von Sternen, wie das JWST zeigt. Die Galaxie bildet jedes Jahr Sterne mit einer Rate von etwa 80 bis 250 Sonnenmassen. Aber Licht aus dieser Galaxie kommt schon seit 13,1 Milliarden Jahren zu uns, was bedeutet, dass es heute wahrscheinlich ganz anders aussieht. Insbesondere dank dieser Quasarwinde hat die Starburst-Aktivität möglicherweise nicht lange angehalten.
Das Ausstoßen von Gas und Staub durch diese Quasarwinde wird auch die Nahrungsversorgung des supermassereichen Schwarzen Lochs, das sie antreibt, unterbrechen. Das bedeutet, dass möglicherweise auch das Wachstum des supermassereichen Schwarzen Lochs, dessen Masse auf eine Milliarde Sonnen geschätzt wird, gestoppt wurde.
„Der Wind drückt eine große Menge Gas nach außen“, erklärte Liu. „Dies könnte die Sternentstehungsaktivität der Galaxie unterdrücken, die Gas benötigt, um Sterne zu bilden, sowie das Wachstum des supermassiven Schwarzen Lochs selbst, das ebenfalls Gasakkretion benötigt.“
Dies könnte bedeuten, dass diese erste Galaxie nun eine tote Galaxie ist und aufgrund der Entfernung ihres sternbildenden Materials und der Verringerung ihrer Sternentstehung nicht viel wächst.
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Das Team ist mit den Quasarwinden noch nicht fertig und untersucht noch nicht ihren Einfluss auf ihre Heimatgalaxien. Sie werden sie weiterhin jagen und möglicherweise sogar noch mehr entdecken, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten.
„Unser Ziel ist es nun, nach weiteren solchen galaktischen Winden zu suchen, die von Quasaren in der Region angetrieben werden
„Ein sehr primitives Universum zu erkunden und mehr über ihre Eigenschaften als Population zu erfahren“, schloss Liu.
Eine vorab gedruckte Version der Forschungsergebnisse des Teams wird im arXiv-Papierrepository präsentiert.