Die supermassiven Schwarzen Löcher in den Kernen der massereichsten Galaxien richten in ihrer unmittelbaren Umgebung Chaos an. Während ihrer aktivsten Phasen - wenn sie sich als leuchtende Quasare entzünden - starten sie extrem starke und schnelle Gasabflüsse.
Diese Abflüsse können Material auffegen und erhitzen und spielen eine entscheidende Rolle bei der Bildung und Entwicklung massereicher Galaxien. Astronomen haben sie nicht nur im gesamten sichtbaren Universum beobachtet, sie spielen auch eine wichtige Rolle in theoretischen Modellen.
Aber die physische Natur der Abflüsse selbst ist seit langem ein Rätsel. Welcher physikalische Mechanismus bewirkt, dass Gas so hohe Geschwindigkeiten erreicht und in einigen Fällen aus der Galaxie ausgestoßen wird?
Eine neue Studie liefert den ersten direkten Beweis dafür, dass diese Abflüsse durch energetische Jets beschleunigt werden, die vom supermassiven Schwarzen Loch erzeugt werden.
Mit dem Very Large Telescope in Chile beobachtete ein Team von Astronomen unter der Leitung von Clive Tadhunter von der Sheffield University die nahe gelegene aktive Galaxie IC 5063. An Orten in der Galaxie, an denen ihre Jets auf Regionen mit dichtem Gas treffen, bewegt sich das Gas mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit von über 600.000 Meilen pro Stunde.
"Ein Großteil des Gases in den Abflüssen liegt in Form von molekularem Wasserstoff vor, der in dem Sinne zerbrechlich ist, dass er bei relativ niedrigen Energien zerstört wird", sagte Tadhunter in einer Pressemitteilung. „Ich finde es außergewöhnlich, dass das molekulare Gas überleben kann, wenn es durch hochenergetische Teilchenstrahlen beschleunigt wird, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Während sich die Jets durch die galaktische Materie bewegen, stören sie das umgebende Gas und erzeugen Stoßwellen. Diese Stoßwellen beschleunigen das Gas nicht nur, sondern erwärmen es auch. Das Team schätzt, dass die Stoßwellen das Gas auf Temperaturen erwärmen, die hoch genug sind, um das Gas zu ionisieren und die Moleküle zu dissoziieren. Molekularer Wasserstoff entsteht nur im deutlich kühleren Nachschockgas.
"Wir vermuteten, dass sich die Moleküle reformieren konnten, nachdem das Gas durch die Wechselwirkung mit einem schnellen Plasmastrahl vollständig gestört worden war", sagte Raffaella Morganti vom Kapteyn-Institut der Universität Groningen. „Unsere direkten Beobachtungen des Phänomens haben bestätigt, dass diese extreme Situation tatsächlich auftreten kann. Jetzt müssen wir daran arbeiten, die genaue Physik der Wechselwirkung zu beschreiben. “
Im interstellaren Raum bildet sich molekularer Wasserstoff auf der Oberfläche von Staubkörnern. In diesem Szenario wurde der Staub wahrscheinlich durch die intensiven Stoßwellen zerstört. Während es möglich ist, dass sich molekularer Wasserstoff ohne die Hilfe von Staubkörnern bildet (wie im frühen Universum zu sehen), ist der genaue Mechanismus in diesem Fall noch unbekannt.
Die Forschung hilft bei der Beantwortung einer langjährigen Frage - sie liefert den ersten direkten Beweis dafür, dass Jets die in aktiven Galaxien beobachteten molekularen Abflüsse beschleunigen - und stellt neue Fragen.
Die Ergebnisse wurden in Nature veröffentlicht und sind online verfügbar.
