Die Lebensdauer von Galaxien könnte länger sein, wenn supermassereiche Schwarze Löcher als ihre „Herzen und Lungen“ fungieren, sie am „Atmen“ halten und verhindern, dass Galaxien zu groß werden. Das ist die Vermutung einer neuen Studie, die darauf hinweist, dass das Universum viel schneller altern würde und heute voller „Zombie“-Galaxien mit toten oder sterbenden Sternen wäre, wenn es nicht die supermassereichen Schwarzen Löcher gäbe, von denen angenommen wird, dass sie sich im Herzen aller großen Galaxien befinden. Die Astrophysiker, die hinter diesen Entdeckungen stehen, vergleichen die Gas- und Strahlungswolken, die supermassereiche Schwarze Löcher von ihren Polen in die Atemwege blasen, mit der Atmung und der Lunge.
Das Team der University of Kent glaubt, dass Impulse aus jedem „Herz“ eines Schwarzen Lochs Schockfronten verursachen, die über beide Jets hin und her oszillieren. Dies ähnelt der Art und Weise, wie sich ein Teil unseres Körpers, das sogenannte Brustdiaphragma, in der Brusthöhle auf und ab bewegt, um unsere Lungen aufzublasen und zu entleeren, berichtet die Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Eine weiße Scheibe mit dunklen Streifen und langen violetten Linien, die von ihren Polen ausgehen. ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)/C Richards/MD Smith/University of Kent
In Galaxien überträgt dieser atemähnliche Vorgang die Energie der vom Schwarzen Loch ausgestoßenen supermassereichen Jets in die Umgebung, ähnlich wie man an einem kalten Wintermorgen warme Luft in kältere Luft ausatmet. Sterne entstehen, wenn interstellare Gaswolken abkühlen und kondensieren. Dies bedeutet, dass diese Ausatmung die Sternentstehung verlangsamen und das Wachstum von Galaxien verringern könnte.
Zu diesem Schluss kam das Team, nachdem es Simulationen analysiert hatte, die darauf abzielten, die Auswirkungen supermassiver Überschalljets, die von einem Schwarzen Loch ausgestoßen werden, auf die Verlangsamung des Galaxienwachstums zu reproduzieren. Simulationen haben gezeigt, dass das Herz eines supermassiven Schwarzen Lochs pulsieren kann und dabei einen hohen Druck in den Jets erzeugt – ähnlich wie bei einem Menschen, der an Bluthochdruck oder „Hypertonie“ leidet.
Als dies geschah, stellte das Team fest, dass die Jets begannen, wie Blasebälge zu wirken und Schallwellen zu erzeugen, die sich durch das umgebende Material aus galaktischem Gas und Staub ausbreiteten.
„Wir haben erkannt, dass es für die Jets Mittel geben muss, das die Galaxie umgebende Gas aufrechtzuerhalten, und das haben wir in unseren Computersimulationen herausgefunden“, sagte Teammitglied Carl Richards, ein Doktorand an der University of Kent, in einer Erklärung. „Das unerwartete Verhalten wurde entdeckt, als wir Computersimulationen von Bluthochdruck analysierten und das Herz pulsieren ließen.“
Dadurch wurde ein Strom von Impulsen in die Hochdruckstrahlen geleitet, die durch die balgartige Wirkung der oszillierenden Stoßwellenfronten des Strahls ihre Form veränderten. Der Forscher fügte hinzu, dass sich diese Jets „wie luftgefüllte Lungen“ ausdehnten. Dabei sendeten sie Druckwellen in das galaktische Material um sie herum und stoppten so das Wachstum von Galaxien in den Simulationen.
Eine Illustration, die Schallwellen (Wellen) im heißen Gas zeigt, das den Perseus-Cluster füllt. Es wird angenommen, dass sie durch Hohlräume entstanden sind, die von Jets eines supermassereichen Schwarzen Lochs, dem hellen weißen Fleck im Zentrum der Galaxie, ausgeblasen wurden. NASA/NASA/CXC/M.Weiss
Zusätzlich zu den Simulationen des Teams gibt es weitere Hinweise auf dieses Phänomen in realen Galaxien. Beispielsweise sahen Astronomen etwa 240 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Perseus-Galaxienhaufen Hinweise auf große Gasblasen in dieser Ansammlung Tausender Galaxien, eingebettet in eine riesige Gaswolke mit Temperaturen von mehreren Millionen Grad. Es wird angenommen, dass sie das Ergebnis von Schallwellen sind, die durch die galaktische Umgebung in diesem Haufen fegen.
Es ist jedoch äußerst schwierig, ein Gleichgewicht zwischen der Aktivität von Schwarzen Löchern und dem Gasfluss in Galaxien zu erreichen, da supermassive Schwarze Löcher einen konstanten Gas- und Staubfluss benötigen, um Jets zu erzeugen.
„Zu schnelles oder zu langsames Atmen führt nicht zu den lebensspendenden Stößen, die nötig sind, um die galaktische Umgebung aufrechtzuerhalten und gleichzeitig das Herz mit Treibstoff zu versorgen“, sagte Teammitglied und Forscher an der University of Kent, Michael Smith, in einer Erklärung. „Das ist jedoch nicht einfach, und wir haben Einschränkungen hinsichtlich der Art der Pulsation, der Größe des Schwarzen Lochs und der Qualität der Lunge.“
Schallwellen
Ein Team von Wissenschaftlern ist zu dem Schluss gekommen, dass die Lebensdauer einer Galaxie durch ihr supermassereiches „Herz“ – ein Schwarzes Loch – und ihre aus seinem Kern ausgestoßenen Jet-„Lungen“ verlängert werden kann, da sie das Wachstum bremsen, indem sie die Menge an Gas begrenzen, die frühzeitig kollabiert Sterne.
Ohne diesen Mechanismus hätten viele Galaxien inzwischen den Treibstoff erschöpft, den sie zur Bildung von Sternen in unserem 13,8 Milliarden Jahre alten Universum benötigen. Infolgedessen würden sie verpuffen und die meisten Galaxien würden nun sogenannten „roten und toten“ Zombiegalaxien ähneln, gefüllt mit alten ausgebrannten Sternen.