CHANDRA
Niederschlag hemmt Galaxienwachstum
von Stefan Deiters
astronews.com
5. März 2015

Über die Wechselwirkungen zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und den diese umgebenden Galaxien rätseln Astronomen schon seit langem. Jetzt haben Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop Chandra Hinweise darauf geliefert, dass eine Art kosmischer Niederschlag aus kaltem Gas das Wachstum massereicher Galaxien hemmen kann.

Der Galaxienhaufen Abell 2597 in einer Ansicht, die aus den Daten verschiedener Teleskope erstellt wurde. Röntgenstrahlung ist blau dargestellt. Sie zeigt das heiße Gas in dem Galaxienhaufen. Bild: NASA / CXC / Michigan State Univ / G. Voit et al. (Röntgen); NASA / STScI & DSS (Optisch); H-Carnegie Obs. / Magellan / W. Baade Telescope (H-alpha)  [Großansicht]

In den Zentren praktisch aller Galaxien befindet sich, so die durch viele Beobachtungen bestätigte Theorie der Astronomen, ein supermassereiches Schwarzes Loch. Rätselhaft ist den Wissenschaftlern allerdings bis heute, wie genau sich Galaxie und das zentrale Schwarze Loch beeinflussen, welche Auswirkungen das Objekt im Zentrum etwa auf das Wachstum der Galaxie, also die Entstehung neuer Sterne hat.

Mithilfe des Weltraumteleskops Chandra könnten Forscher nun auf ein wichtiges Puzzleteil gestoßen sein, um dieses Rätsel zu lösen. Sie untersuchten dazu die Röntgenstrahlung von über 200 Galaxienhaufen, also von gewaltigen Ansammlungen von Galaxien. Zwischen diesen Galaxien befindet sich heißes Gas, das hauptsächlich für die energiereiche Strahlung im Röntgenbereich verantwortlich ist. Aus diesem Gas können sich manchmal kalte Gaswolken bilden, die dann - als eine Art kosmischer Niederschlag - in eine Galaxie fallen.

"Wir wissen, dass uns Niederschlag auf unserem Weg zur Arbeit ausbremsen kann", vergleicht Mark Voit von der Michigan State University in East Lansing. "Jetzt haben wir Hinweise darauf, dass er auch die Entstehung von Sternen in Galaxien mit einem supermassereichen Schwarzen Loch hemmen kann." Der entdeckte Prozess könnte, so die Astronomen, ein Schlüsselelement zum Verständnis des Wechselspiels zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und den sie umgebenden Galaxien sein.

"Es ist schon seit einiger Zeit bekannt, dass supermassereiche Schwarze Löcher das Wachstum ihrer Wirtsgalaxien beeinflussen können", erklärt Megan Donahue, die auch an der Michigan State University forscht. "Wir wussten allerdings nicht, wie das im Detail funktioniert. Die neuen Ergebnisse bringen uns der Lösung ein Stück näher."

Für ihre Untersuchung nahmen sich die Forscher die größten Galaxien in den Zentren von Galaxienhaufen vor. Sie sind in eine gewaltige Atmosphäre aus heißem Gas eingebettet, das irgendwann abkühlen sollte, so dass sich daraus große Mengen an neuen Sternen bilden. Doch dies ist offenbar nicht der Fall: Irgendetwas behindert die Sternentstehung.

Die Ursache dürfte sich im Zentrum der jeweiligen Galaxien in Form der supermassereichen Schwarzen Löcher finden: Unter bestimmten Bedingungen können Gasklumpen in dem heißen Gas ihre Energie abstrahlen und auf diese Weise kalte Wolken in dem heißen Gas entstehen lassen. In einigen dieser Wolken bilden sich neue Sterne, andere jedoch "regnen" praktisch auf das Schwarze Loch hinab und sorgen in dessen unmittelbarer Umgebung für die Entstehung von sogenannten Jets. Dabei handelt es sich um eng gebündelte Teilchenstrahlen, die mit großer Geschwindigkeit ins All hinausschießen.

Diese Jets aber treffen auch auf die einfallenden Gaswolken und heizen diese wieder auf. Damit unterdrücken sie die weitere Bildung von Sternen. Nach Ansicht der Astronomen entsteht durch diesen Kreislauf aus Abkühlung und Aufheizung eine Art Rückkopplungsschleife, die das Wachstum der Galaxie reguliert. "Wir können sagen, dass die typische Wettervorhersage für das Zentrum einer massereichen Galaxie lauten müsste: Wolkig und eventuell etwas Hitze von einen riesigen Schwarzen Loch."

Voit und seine Kollegen haben auf Grundlage der Chandra-Daten auch versucht abzuschätzen, wie lange es für Gas in unterschiedlicher Entfernung vom zentralen Schwarzen Loch dauern sollte, bis es sich ausreichend abgekühlt hat. Mit diesen Zahlen waren sie dann in der Lage, das "Wetter" um die jeweiligen Schwarzen Löcher vorherzusagen.

Sie fanden so heraus, dass die Energie, die aus der unmittelbaren Nähe des Schwarzen Lochs abgegeben wird, dafür sorgt, dass der Niederschlag aus kalten Wolken nicht zu groß wird. Die Chandra-Daten deuten darauf hin, dass dieser Regelungskreislauf schon seit mindestens sieben Milliarden Jahren abläuft.

"Ohne diese Schwarzen Löcher und ihre Jets gäbe es in den zentralen Galaxien von Galaxienhaufen sehr viel mehr Sterne als wir heute beobachten", fasst Michael McDonald vom Massachusetts Institute of Technology im amerikanischen Cambridge zusammen.

Die Astronomen entdeckten auch Galaxien, in denen der Niederschlag aus kaltem Gas offenbar ganz zum Erliegen gekommen ist. Ursache könnte eine extrem hohe Temperatur in diesen Galaxien sein, die sich durch die Kollision mit einem anderen Galaxienhaufen in der Vergangenheit erklären lassen könnte.

In weiteren Untersuchungen wollen die Forscher nun herausfinden, ob die entdeckte Rückkopplungsschleife auch bei kleineren Galaxien wie etwa unserer Milchstraße für die Regulierung der Sternentstehungsrate verantwortlich sein könnte. Über ihre aktuelle Studie berichten die Astronomen jetzt in der Wissenschaftszeitschrift Nature.