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AKTIVE GALAXIEN
Warum Schwarze Löcher aktiv werden
von Stefan Deiters
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13. Juli 2011

Was macht aus einem ruhenden supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum einer Galaxie eine aktive Schwerkraftfalle, die Unmengen an Gas und Staub verschlingt? Bereits zu Jahresbeginn hatte es Hinweise darauf gegeben, dass Kollisionen von Galaxien, durch die diese Aktivität bislang erklärt wurde, meist nicht die Ursache sein können. Eine weitere Studie bestätigt nun diesen Befund.

COSMOS

Eine Aufnahme des COSMOS-Feldes des Canada France Hawaii Telescope (CFHT). Auf dem Bild sind unzählige lichtschwache Galaxien zu erkennen. Bild: CFHT / IAP / Terapix / CNRS / ESO  [Großansicht]

Die an der jetzt vorgestellten Studie beteiligten Wissenschaftler haben über 600 aktive Galaxien in einem Himmelsbereich untersucht, der als COSMOS-Feld bekannt ist. Die Region, die bereits in zahlreichen verschiedenen Wellenlängenbereiche beobachtet wurde, hat am Himmel etwa die zehnfache Größe des Vollmondes und liegt im Sternbild Sextant. Nahezu alle Galaxien verfügen in ihrem Zentrum über ein supermassereiches Schwarzes Loch, doch ist dieses - wie etwa auch im Falle der Milchstraße - in der Regel relativ ruhig. Es verschlingt also nur sehr geringe Mengen an Material. Bei einigen Galaxien ist dies jedoch anders. Bei ihnen saugt die Schwerkraftfalle im Zentrum ungeheure Mengen an Material ein. Kurz vor dem Verschwinden im Schwarzen Loch heizt sich dieses Material zu extrem hohen Temperaturen auf und sorgt so für eine intensive Strahlung aus den Zentren solcher Galaxien. Man spricht daher auch von aktiven Galaxienkernen.

Astronomen beschäftigt nun schon seit einiger Zeit die Frage, woher das Material kommt, das diese Aktivität auslöst. Lange Zeit galten Kollisionen und Verschmelzungen von Galaxien als bestes Erklärungsmodell, doch kamen bereits zu Jahresbeginn erste Zweifel auf, ob dies tatsächlich in allen Fällen zutreffend ist (astronews.com berichtete). Die damalige Studie hatte Galaxien bis in eine Entfernung von acht Milliarden Lichtjahren untersucht, in der jetzt vorgestellten Arbeit wurde der Bereich ausgedehnt und aktive Galaxien bis in elf Milliarden Lichtjahren Entfernung betrachtet.

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Im COSMOS-Feld entdeckten die Astronomen, dass sehr helle aktive Galaxienkerne hier relativ selten sind und die meisten aktiven Galaxien nur eine mittlere Helligkeit aufweisen. Das war wenig überraschend. Die Auswertung zeigte allerdings auch, dass die meisten dieser mittelhellen aktiven Galaxien nicht durch eine Kollision oder Verschmelzung aktiviert worden sein können. Zu diesem Schluss kamen die Wissenschaftler, indem sie zunächst mit dem europäischen Röntgenteleskop XMM-Newton bestimmten, ob es sich bei einer Galaxie tatsächlich um einen aktiven Galaxienkern handelt und anschließend mit Hilfe des Very Large Telescope der europäischen Südsternwarte ESO dessen genaue Entfernung ermittelten. So konnten sie eine dreidimensionale Karte der Verteilung der aktiven Galaxien erstellen.

"Es hat mehr als fünf Jahre gedauert, doch dafür haben wir jetzt eine der umfangreichsten und vollständigsten Listen von aktiven Galaxien am Röntgenhimmel", erklärt Teammitglied Marcella Brusa vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik. Die Verteilung der erfassten aktiven Galaxien konnten die Astronomen dann mit theoretischen Modellen vergleichen und sich zudem veranschaulichen, wie sich die Verteilung im Laufe der Entwicklung des Universums verändert hat - von vor elf Milliarden Jahren bis fast in die Gegenwart.

So erkannten die Wissenschaftler, dass sich aktive Galaxienkerne überwiegend in großen massereichen Galaxien mit einem großen Anteil an Dunkler Materie finden. Dieser Befund widerspricht der bisherigen Theorie: Sollten Kollisionen und Verschmelzungen für die Aktivierung der Galaxienkerne verantwortlich sein, hätten sich aktive Kerne vor allem in Galaxien im mittleren Massenbereich nachweisen lassen müssen. Stattdessen befinden sie sich offensichtlich hauptsächlich in Galaxien, die eine 20-mal höhere Masse haben als der von der Verschmelzungs-Theorie vorhergesagte Wert.

"Diese Untersuchung gibt uns neue Hinweise darauf, wie supermassereiche Löcher ihre Mahlzeit beginnen", fasst Viola Allevato vom Max-Planck-Institut für Plasmaphysik die Resultate zusammen. Die Doktorandin ist auch Erstautorin eines Fachartikels, in dem die Ergebnisse beschrieben sind und der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal erscheinen wird. "Alles deutet darauf hin, dass Schwarze Löcher durch Prozesse innerhalb der Galaxie gefüttert werden, wie etwa Instabilitäten in der Scheibe oder Sternentstehungs-Ausbrüche und nicht durch Galaxienkollisionen."

Und Alexis Finoguenov vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik und Betreuer der Arbeit ergänzt: "Sogar in der entfernten Vergangenheit, bis zu vor fast elf Milliarden Jahren, können Kollisionen für nur einen sehr kleinen Teil der aktiven Galaxien mittlerer Helligkeit verantwortlich sein. In dieser Zeit aber lagen die Galaxien deutlich dichter beieinander und es sollte sehr viel häufiger zu Verschmelzungen gekommen sein, was dieses Ergebnis umso überraschender macht."

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Links im WWW
ESO
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