XMM NEWTON & NUSTAR
Die heftigen Winde des Quasars PDS 456
von Stefan Deiters
astronews.com
23. Februar 2015

Astronomen haben durch die Kombination von Beobachtungen der Weltraumteleskope XMM-Newton und NuSTAR erstmals zeigen können, dass die heftigen Winde, die in unmittelbarer Nähe eines aktiven zentralen Schwarzen Lochs entstehen, in alle Richtungen blasen. Sie erwiesen sich zudem als so stark, dass sie die Entwicklung der gesamten Galaxie beeinflussen dürften.

Die intensiven Winde, die in unmittelbarer Umgebung eines aktiven Schwarzen Lochs entstehen, können große Teile einer Galaxie beeinflussen (künstlerische Darstellung). Bild: NASA / JPL-Caltech [Großansicht]

"Wir wussten, dass Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien Materie verschlucken und dass bei diesem Prozess Winde entstehen", erklärt Fiona Harrison vom California Institute of Technology im kalifornischen Pasadena. "Durch Kenntnis ihrer Geschwindigkeit, Gestalt und Ausdehnung können wir nun berechnen, wie stark sie sind."

Winde, die von einem Schwarzen Loch ausgehen, scheinen zunächst einmal ein Widerspruch in sich zu sein: Sollte nicht ein Schwarzes Loch sämtliches Material verschlucken? Natürlich, doch die Winde und auch die teils äußerst intensive Strahlung, die man von Schwarzen Löchern beobachtet, stammen nicht aus dem Schwarzen Loch, sondern aus dessen unmittelbarer Umgebung.

Wenn bei aktiven Schwarzen Löchern Material in großen Mengen in das Schwarze Loch hineinstürzt, tut es dies nicht auf direktem Weg, sondern sammelt sich in der Regel zuvor in einer heißen rotierenden Scheibe um das Schwarze Loch. Das heiße Material in dieser Scheibe sorgt für die beobachtete Strahlung von aktiven Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien.

In dieser Region können auch gebündelte Teilchenstrahlen, sogenannte Jets, entstehen, die ins All hinausschießen und außerdem intensive Winde. Diese Winde lassen sich im Röntgenbereich beobachten und erreichen Geschwindigkeiten von bis zu einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit.

Für die aktuelle Studie hatten Astronomen den Quasar PDS 456 untersucht. Bei Quasaren handelt es sich um aktive Galaxien, deren zentrales Schwarzes Loch also gerade große Mengen an Material verschlingt. Die Zentren dieser Galaxien erscheinen daher äußerst hell und überstrahlen - insbesondere bei weit entfernten Objekten - den Rest der Galaxie oft vollkommen. Von daher wirken Quasare häufig fast punktförmig wie ein Stern. PDS 456 ist etwa zwei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt.

Anfängliche Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop XMM-Newton der europäischen Weltraumagentur ESA hatten erste Hinweise auf heftige Winde aus der Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs von PDS 456 geliefert, doch konnte man in den Wellenlängenbereichen, in denen XMM-Newton beobachtet, lediglich feststellen, dass diese Winde in unsere Richtung blasen.

In den letzten beiden Jahren wurden nun weitere Beobachtungen mit XMM-Newton und gleichzeitig auch mit dem NASA-Röntgenteleskop NuSTAR durchgeführt, das noch energiereichere Röntgenstrahlung detektieren kann. Damit konnten die Astronomen nachweisen, dass die Winde aus der Umgebung des Schwarzen Lochs nicht nur in unsere Richtung blasen, sondern praktisch in alle Richtungen.

"Dies ist ein hervorragendes Beispiel für die Vorteile der Zusammenarbeit zwischen XMM-Newton und NuSTAR", meinte Norbert Schartel, der Projektwissenschaftler für XMM-Newton bei der ESA. "Durch diese beiden sich ergänzenden Röntgenobservatorien wurden bislang verborgene Details über die energiereiche Seite des Universums für uns sichtbar."

Mithilfe der Daten über Form und Ausdehnung der Winde, konnten die Astronomen dann auch auf die Stärke der Winde und ihren Einfluss auf die umgebende Galaxie schließen. Man geht davon aus, dass die Entwicklung von Galaxien eng mit der Entwicklung ihrer zentralen Schwarzen Löcher zusammenhängt. So können intensive Winde aus dem Zentralbereich etwa dafür sorgen, dass Material für die Entstehung von Sternen weggeblasen und die Geburt neuer Sterne damit unterbunden wird.

"Wir wissen jetzt, dass Quasarwinde einen erheblichen Beitrag zum Massenverlust einer Galaxie leisten und ihren Gasvorrat wegblasen, der wiederum für die Sternentstehung von Bedeutung ist", so Emanuele Nardini von der englischen Keele University.

PDS 456 ist uns für einen Quasar noch vergleichsweise nahe, so dass sich das Objekt für detaillierte Untersuchungen dieser Prozesse anbietet. Das ist auch deswegen von Bedeutung, weil Quasare wie PDS 456 im jungen Universum, also vor vielleicht zehn Milliarden Jahren, noch sehr viel häufiger anzutreffen waren als heute und in jüngerer Vergangenheit.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in einem Fachartikel in der Wissenschaftszeitschrift Science.