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AKTIVE GALAXIEN
Ein Quasar wird geboren
Redaktion / Pressemitteilung des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam
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28. September 2012

Wie beeinflussen sich zentrale Schwarze Löcher und ihre Wirtsgalaxien? Diese Frage beschäftigt Astronomen schon seit vielen Jahren. Wissenschaftler konnten diese Wechselwirkungen jetzt erstmals im entscheidenden Moment, nämlich während der Zündung eines Quasars, verfolgen und so zeigen, dass die Sternentstehungsrate davor wesentlich höher ist als danach.

Quasar

So stellt sich ein Künstler einen der untersuchten Quasare vor. Bild: ESO/M. Kornmesser

"Wir haben es geschafft, die Wechselwirkung zwischen dem Schwarzen Loch im Zentrum und der Muttergalaxie im entscheidenden Augenblick - der Geburt eines Quasars - zu beobachten," fasst Tanya Urrutia, Wissenschaftlerin am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, das Besondere an den jetzt vorgestellten Beobachtungen zusammen. "Quasare spielen eine entscheidende Rolle in der Galaxienentwicklung und bestimmen die Eigenschaften der massereichen Galaxien in unserem lokalen Universum."

Im Rahmen ihrer Studie untersuchten die Forscher insgesamt 13 leuchtkräftige, aber durch Staub verborgene Quasare in einer Entfernung von etwa sechs Milliarden Lichtjahren, also zu einer Zeit, in der das Universum rund halb so alt war wie heute.

Besonders bei Kollisionen von Galaxien, werden den zentralen Schwarzen Löchern große Menge an Material zugeführt. Das Schwarze Loch wird dadurch aktiv und ein Quasar entsteht. Bevor das Material nämlich im Schwarzen Loch verschwindet, heizt es sich auf extreme Temperaturen auf und gibt eine intensive Strahlung ab, wodurch das Zentrum der Galaxie extrem hell erscheint. Diese Strahlung wiederum kann die Sternentstehung, die auch durch die Kollision angeregt wurde, wieder unterdrücken.

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Die jetzt in einem Fachartikel in der Zeitschrift The Astrophysical Journal vorgestellte Arbeit zeigt, wie die Energie aus der Umgebung des Schwarzen Lochs die Sternentstehungsrate in der Muttergalaxie beeinflusst und dass diese nach der "Zündung" eines Quasars deutlich abnimmt. Die höchste Sternentstehungsrate lässt sich in einer Galaxie also offenbar stets vor dem Wachstum des Schwarzen Lochs beobachten. "Der Anfang der Sternentstehung geht der Zündung des Quasars voran," so Urrutia.

Bisherige Versuche, Quasare in der entscheidenden Phase ihrer Geburt zu beobachten scheiterten oft daran, dass das Licht der Quasare durch erhebliche Vorkommen von Staub, wie er bei Kollisionen von Galaxien entsteht, verdunkelt und gerötet wurde. Staub wiederum absorbiert das ultraviolette sowie optische Licht und strahlt dieses in infraroten Wellenlängen zurück. Erst aufwendig durchgeführte Beobachtungskampagnen mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii ermöglichten den Wissenschaftlern junge Quasare in einer statistisch relevanten Anzahl zu beobachten.

Die Astronomen untersuchten auch wie gefräßig Schwarze Löcher sind, also mit welcher Rate Material in das Schwarze Loch fällt. Mit dem Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer sahen die Forscher, dass je röter ein Quasar ist, er umso mehr Materie aufsaugt. Hubble-Beobachtungen ergaben, dass die untersuchten staubigen Quasare sich in Galaxien mit einem sehr unregelmäßigen Erscheinungsbild befinden, sie also tatsächlich wohl gerade eine Kollision hinter sich hatten und der Quasar durch diese aktiviert wurde.

Man vermutet schon länger, dass das Wachstum der zentralen Schwarzen Löcher und der sie umgebenden Galaxien zusammenhängt: So hat man beispielsweise entdeckt, dass es offenbar eine Beziehung zwischen der Masse des zentralen Schwarzen Lochs und der Leuchtkraft der Muttergalaxie gibt. Bei den jungen Quasare der Studien erwiesen sich die Schwarzen Löcher allerdings als etwas weniger massereich als vermutet. Offenbar haben sich die Schwarzen Löcher im Verhältnis zu den anderen Prozessen in ihren Muttergalaxien, welche durch die Galaxienkollision in Gang gesetzt wurden, langsamer entwickelt.

Obwohl Quasare extreme Energien freisetzen und sie über Milliarden von Lichtjahren zu sehen sind, handelt es sich im Grunde genommen um sehr kleine Objekte - zumindest im Vergleich zu der Galaxie, in deren Zentrum sie sich befinden. Die Strahlungsregion hat etwa die Größe unseres Sonnensystems während die Galaxie ein Ausmaß von zehntausenden von Lichtjahren haben kann. "Es ist erstaunlich, dass etwas, das auf einer sehr kleinen Skala passiert die große Muttergalaxie so sehr beeinflussen kann", so Urrutia. "Es ist, als ob jemand, der mit einem Stock am Strand spielt, das Verhalten aller Weltozeane beeinflussen und bestimmen würde."

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Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)
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