Dies ist eine zusammengesetzte Ansicht von Röntgenstrahlen, molekularem Gas und warmem ionisiertem Gas in der Nähe des galaktischen Zentrums. Die orangefarbenen Merkmale sind von glühendem Wasserstoffgas. Ein solches Merkmal an der oberen Spitze des Jets (siehe das kommentierte Bild unten) wird als Wasserstoffwolke interpretiert, die vom ausströmenden Jet getroffen wurde. Der Jet zerstreut sich von der Wolke in Ranken, die nach Norden fließen. Weiter unten in der Nähe des Schwarzen Lochs sind Röntgenbeobachtungen von blau gefärbtem überhitztem Gas und grün gefärbtem molekularem Gas. Diese Daten sind ein Beweis dafür, dass das Schwarze Loch gelegentlich Sterne oder Gaswolken akkretiert und einen Teil des überhitzten Materials entlang seiner Spinachse ausstößt. Bildnachweis: NASA, ESA und Gerald Cecil (UNC-Chapel Hill); Bildverarbeitung: Joseph DePasquale (STScI)
In manchen Science-Fiction-Filmen gibt es ein schlafendes Monster, wie Godzilla, das plötzlich aufwacht und randaliert. Unsere Milchstraße Man dachte einst, dass die Galaxie in ihrem Kern ein schlafendes Monster hat, a schwarzes Loch 4 Millionen Mal die Masse unserer Sonne wiegen. Aber es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass das Schwarze Loch gelegentlich erwacht, um einen unglücklichen Stern oder eine Gaswolke zu verschlingen, die hineinfällt. Das Schwarze Loch stößt dann starke „Todesstrahlen“-Strahlen und Partikel aus, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen. Der größte Ausbruch der Geschichte war vor 2 Millionen Jahren. Dies zeigt sich in expandierenden Plumes von Plasma die eine Sanduhrform bilden und sich weit über und unter die Ebene unserer Galaxie erstrecken. Bipolare Stoßwellen vom Ausbruch des Schwarzen Lochs erhitzten das Gas außerhalb der galaktischen Ebene, um in Gammastrahlen und Röntgenstrahlen zu glühen.
Hubble hat Indizien dafür gefunden, dass das Schwarze Loch noch lange nach dem früheren Ausbruch schwelt. Die Beweise der Hubble-Astronomen sind wie eine archäologische Ausgrabung, um zu versuchen, durch die interstellare Verschmutzung dichter Staub- und Gasschichten zwischen der Erde und dem 27.000 Lichtjahre entfernten galaktischen Zentrum zu spähen. Hubble fotografierte einen hellen Gasknoten, der von einem unsichtbaren Jet aus dem nur 15 Lichtjahre entfernten Schwarzen Loch getroffen wurde. Das Schwarze Loch muss sich vor Milliarden von Jahren als Quasar (quasi-stellares Objekt) hervorragend gezeigt haben, als sich unsere junge Galaxie von viel einfallendem Gas ernährte. Aber nach all dieser Zeit durchläuft das Schwarze Loch immer noch Anfälle und beginnt und ist nicht bereit für ein Nickerchen, solange es einen Snack gibt.
Das zentrale Schwarze Loch unserer Milchstraße hat ein Leck. Dieses supermassive Schwarze Loch sieht aus, als ob es noch die Überreste eines mehrere tausend Jahre alten Lötlampen-ähnlichen Strahls hätte. NASA‘S Hubble-Weltraumteleskop hat den Phantomjet nicht fotografiert, aber Indizien dafür gefunden, dass er immer noch schwach in eine riesige Wasserstoffwolke stößt und dann spritzt, wie der schmale Strahl eines Schlauchs, der auf einen Sandhaufen gerichtet ist.
Dies ist ein weiterer Beweis dafür, dass das Schwarze Loch mit einer Masse von 4,1 Millionen Sonnen kein schlafendes Monster ist, sondern regelmäßig Schluckauf hat, wenn Sterne und Gaswolken hineinfallen. Schwarze Löcher ziehen einen Teil des Materials in eine wirbelnde, umlaufende Akkretionsscheibe, wo ein Teil des einfallenden Materials in ausströmende Jets mitgerissen wird, die von den starken Magnetfeldern des Schwarzen Lochs kollimiert werden. Die schmalen „Suchlichtstrahlen“ werden von einer Flut tödlicher ionisierender Strahlung begleitet.
„Das zentrale Schwarze Loch ist dynamisch variabel und wird derzeit abgeschaltet“, sagte Gerald Cecil von der University of North Carolina in Chapel Hill. Cecil hat, wie ein Puzzle, Beobachtungen mit mehreren Wellenlängen von einer Vielzahl von Teleskopen zusammengefügt, die darauf hindeuten, dass das Schwarze Loch jedes Mal Mini-Jets rülpst, wenn es etwas Heftiges wie eine Gaswolke verschluckt. Die Forschung seines multinationalen Teams wurde gerade in der veröffentlicht Astrophysikalisches Journal.
In diesem mit Anmerkungen versehenen zusammengesetzten Bild steht Gelb für Hubble-Daten, Blau für Chandra-Daten, Grün für Alma-Daten und Rot für VLA-Daten. Die Grafik eines durchscheinenden, vertikalen weißen Fächers wird hinzugefügt, um die vorgeschlagene Achse eines Mini-Jets aus dem supermassiven Schwarzen Loch im Herzen der Galaxie zu zeigen. Bildnachweis: NASA, ESA und Gerald Cecil (UNC-Chapel Hill); Bildverarbeitung: Joseph DePasquale (STScI)
Im Jahr 2013 kamen Beweise für einen stämmigen Südjet in der Nähe des Schwarzen Lochs aus Röntgenstrahlen, die vom Chandra-Röntgenobservatorium der NASA entdeckt wurden, und Radiowellen, die vom Jansky Very Large Array-Teleskop in Socorro, New Mexico, entdeckt wurden. Auch dieser Jet scheint in der Nähe des Schwarzen Lochs in Gas zu pflügen.
Cecil war neugierig, ob es auch einen nördlichen Gegenjet gab. Er betrachtete zuerst Archivspektren von Molekülen wie Methylalkohol und Kohlenmonsulfid aus dem ALMA Observatorium in Chile (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), das Millimeterwellenlängen verwendet, um durch die Staubschleier zwischen uns und dem galaktischen Kern zu blicken. ALMA zeigt ein sich ausdehnendes, schmales lineares Merkmal im molekularen Gas, das 15 Lichtjahre lang zum Schwarzen Loch zurückverfolgt werden kann.
Durch die Verbindung der Punkte fand Cecil als nächstes in Hubble-Infrarotwellenlängenbildern eine leuchtende, sich aufblasende Blase aus heißem Gas, die sich in einer Entfernung von mindestens 35 Lichtjahren vom Schwarzen Loch auf den Jet ausrichtet. Sein Team vermutet, dass der Jet des Schwarzen Lochs hineingepflügt ist und die Blase aufgeblasen hat. Diese beiden Resteffekte des abklingenden Strahls sind der einzige visuelle Beweis dafür, dass er auf molekulares Gas auftrifft.
Dieses Schema basiert auf Multiwellenlängen-Beobachtungen eines vermuteten Jets aus dem massereichen Schwarzen Loch im Zentrum unserer Milchstraße. Die weite Ansicht zeigt unsere Galaxie von der Kante her, mit zwei riesigen Plasmablasen, die in Gammastrahlen und Röntgenstrahlen leuchten. Dies sind Beweise für einen explosiven Ausbruch des Schwarzen Lochs vor etwa 2 Millionen Jahren. Tief in den Kern der Galaxie (Einschub) haben Astronomen mit dem Hubble-Weltraumteleskop eine leuchtende Wasserstoffwolke in der Nähe des Schwarzen Lochs eingefangen. Die Interpretation ist, dass die Wolke von einem schmalen, säulenförmigen Materialstrahl getroffen wird, der vor nur 2.000 Jahren aus dem Schwarzen Loch gesprengt wurde. Das Schwarze Loch ist immer noch aktiv, aber mit einer geringeren Energieabgabe als bisher bekannte Ausbrüche. Wenn der Jet in den Wasserstoffknoten prallt, zerstreut sich der Ausfluss in krakenähnliche Ranken, die sich entlang einer Flugbahn aus unserer Galaxie fortsetzen. Bildnachweis: NASA, ESA, Gerald Cecil (UNC-Chapel Hill) und Dani Player (STScI)
Während er durch das Gas bläst, trifft der Strahl auf Material und biegt sich entlang mehrerer Ströme. „Die Ströme sickern aus der dichten Gasscheibe der Milchstraße“, sagt Co-Autor Alex Wagner von der Tsukuba University in Japan. „Der Strahl divergiert von einem Bleistiftstrahl in Ranken, wie bei einem Oktopus.“ Dieser Ausfluss erzeugt eine Reihe sich ausdehnender Blasen, die sich über mindestens 500 Lichtjahre erstrecken. Diese größere „Seifenblasen“-Struktur wurde von anderen Teleskopen bei verschiedenen Wellenlängen kartiert.
Wagner und Cecil führten als nächstes Supercomputermodelle von Jet-Ausströmen in einer simulierten Milchstraßenscheibe durch, die die Beobachtungen reproduzierten. „Wie in der Archäologie gräbt und gräbt man, um immer ältere Artefakte zu finden, bis man auf Überreste einer großen Zivilisation stößt“, sagte Cecil. Wagners Schlussfolgerung: „Unser zentrales Schwarzes Loch hat in den letzten Millionen Jahren eindeutig um das mindestens 1-Millionenfache an Leuchtkraft zugenommen. Das reichte aus, damit ein Jet in den galaktischen Halo einschlagen konnte.“
Frühere Beobachtungen von Hubble und anderen Teleskopen fanden Beweise dafür, dass das Schwarze Loch der Milchstraße vor etwa 2-4 Millionen Jahren einen Ausbruch hatte. Das war energiereich genug, um ein riesiges Blasenpaar zu erzeugen, das über unserer Galaxie aufragt und in Gammastrahlen leuchtet. Sie wurden erstmals 2010 vom Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA entdeckt und sind von Röntgenblasen umgeben, die 2003 vom ROSAT-Satelliten entdeckt und 2020 vom eROSITA-Satelliten vollständig kartiert wurden.
Die nahe gelegene Balkenspiralgalaxie NGC 1068 dient als Proxy, um Astronomen zu helfen, das Feuerwerk im Zentrum unserer Milchstraße zu verstehen, das von Eruptionen eines supermassiven Schwarzen Lochs angetrieben wird. Da wir innerhalb der Milchstraße leben, wird ein Großteil unserer Sicht auf das Zentrum der Galaxie durch dazwischenliegende Gas- und Staubwolken blockiert. Aber der Blick auf NGC 1068 in einer Entfernung von 45 Millionen Lichtjahren gibt Astronomen eine Vogelperspektive auf ähnliche Ausbrüche von Schwarzen Löchern. Das eingefügte Bild des Hubble-Weltraumteleskops löst Wasserstoffwolken mit einem Durchmesser von nur 10 Lichtjahren innerhalb von 150 Lichtjahren um den Kern auf. Die Wolken leuchten, weil sie von einem „Suchscheinwerfer“ aus Strahlung erfasst werden, der aus dem Schwarzen Loch der Galaxie ausgestrahlt wird, das größer und aktiver ist als das Schwarze Loch im Herzen unserer Galaxie.
Bildnachweis: NASA, ESA, Alex Filippenko (UC Berkeley), William Sparks (STScI), Luis C. Ho (KIAA-PKU), Matthew A Malkan (UCLA), Alessandro Capetti (STScI), Alyssa Pagan (STScI)
Hubble-Ultraviolettlicht-Spektren wurden verwendet, um die Expansionsgeschwindigkeit und Zusammensetzung der ballonierenden Lappen zu messen. Hubble-Spektren fanden später heraus, dass der Ausbruch so stark war, dass er eine gasförmige Struktur, den sogenannten Magellan-Strom, etwa 200.000 Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt, beleuchtete. Noch heute glüht Gas von diesem Ereignis.
Um eine bessere Vorstellung davon zu bekommen, was vor sich geht, schaute Cecil sich Hubble- und Radiobilder einer anderen Galaxie mit einem Ausfluss eines Schwarzen Lochs an. Die 47 Millionen Lichtjahre entfernte aktive Spiralgalaxie NGC 1068 weist eine Reihe von Blasenmerkmalen auf, die entlang eines Ausflusses aus dem sehr aktiven Schwarzen Loch in ihrem Zentrum ausgerichtet sind. Cecil fand heraus, dass die Skalen der Radio- und Röntgenstrukturen von NGC 1068 und unserer Milchstraße sehr ähnlich sind. „Eine Bugschockblase an der Spitze des NGC 1068-Ausflusses fällt mit dem Ausmaß des Fermi-Blasenstarts in der Milchstraße zusammen. NGC 1068 könnte uns zeigen, was die Milchstraße während ihres großen Stromstoßes vor mehreren Millionen Jahren tat.“
Das verbleibende Jet-Feature befindet sich nahe genug am Schwarzen Loch der Milchstraße, dass es nur wenige Jahrzehnte nach dem Wiederhochfahren des Schwarzen Lochs viel stärker hervortreten würde. Cecil merkt an, dass „das Schwarze Loch seine Leuchtkraft in dieser Zeit nur um das Hundertfache erhöhen muss, um den Jet-Kanal wieder mit emittierenden Partikeln zu füllen. Es wäre cool zu sehen, wie weit der Jet in diesem Ausbruch kommt. Um in die Fermi-Gammastrahlenblasen zu gelangen, müsste der Jet Hunderttausende von Jahren überleben, da diese Blasen jeweils einen Durchmesser von 50.000 Lichtjahren haben!“
Die erwarteten Bilder des Schattens des Schwarzen Lochs, die mit dem Event Horizon Telescope der National Science Foundation aufgenommen wurden, könnten zeigen, wo und wie der Jet gestartet wird.
Referenz: „Tracing the Vestigial Nuclear Jet der Milchstraße“ von Gerald Cecil, Alexander Y. Wagner, Joss Bland-Hawthorn, Geoffrey V. Bicknell und Dipanjan Mukherjee, 6. Dezember 2021, Astrophysikalisches Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac224f
Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der ESA (European Space Agency). Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, verwaltet das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, führt Hubble-Forschungsoperationen durch. STScI wird für die NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, DC betrieben