Schwarze Löcher wirken auf Entstehung ganzer Galaxien ein

15. Mai 2012, 17:30

vergrößern 800x600
foto: esa/nasa, the avo project and paolo padovani
Die Grafik zeigt ein extrem massereiches schwarzes Loch, das von einem Staubring (torus) umgeben ist. Der Einfall von Gas auf das schwarze Loch führt zu einem energiereichen Strahl aus Materie und Strahlung, der über kosmologische Distanzen transportiert werden kann. Wenn der Strahl in unsere Richtung zeigt, sprechen wir von einem "Blazar".

Gammastrahlung aus Schwarzen Löchern heizt diffuses Gas im Weltraum auf, was Bildung von Zwerggalaxien verzögert

Der Einfluss von extrem massereichen schwarzen Löcher beschränkt sich, kosmisch gesehen, auf seine unmittelbare Umgebung - so lautet zumindest die bisherige Annahme. Ein internationales Team von Astronomen hat nun aber entdeckt, dass diese Schwarzen Löcher von millionen- bis milliardenfacher Sonnenmasse auch Auswirkungen auf wesentlich weiter entfernte Objekte und in weiterer Folge selbst auf die Bildung von Galaxien haben können. Die Forscher aus Deutschland, Kanada und den USA beobachteten, dass diffuses Gas im Weltraum die helle Gammastrahlung aus schwarzen Löchern absorbiert und sich dabei aufheizt. Diese überraschende Erkenntnis hat wichtige Konsequenzen für die Entstehung von großen Strukturen im Universum.

Im Zentrum jeder Galaxie befindet sich ein extrem massereiches schwarzes Loch. Es kann hochenergetische Gammastrahlung aussenden und wird dann Blazar genannt. Andere Strahlung wie zum Beispiel sichtbares Licht oder Radiowellen durchquert das Universum ohne Probleme. Dies trifft für energiereiche Gammastrahlung nicht zu. Diese Strahlung steht in Wechselwirkung mit dem optischen Licht, das die Galaxien aussenden, und wird dabei in die Elementarteilchen Elektronen und Positronen umgewandelt. Die Elementarteilchen bewegen sich anfänglich fast mit Lichtgeschwindigkeit, werden aber vom diffusen Gas im Universum abgebremst. Da jeder Bremsprozess Wärme erzeugt, heizt sich das umgebende Gas dabei extrem auf. Es wird im Durchschnitt zehnmal heißer und in den kosmischen Regionen mit weniger Dichte als im Durchschnitt sogar mehr als hundert Mal heißer als bisher angenommen.

Temperaturmessung im Linienwald

"Blazare schreiben die thermische Geschichte des Universums um", so Christoph Pfrommer, einer der Autoren, vom Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS). Doch wie kann man eine solche Idee überprüfen? In den optischen Spektren von weit entfernten Quasaren sieht man eine Vielzahl von Linien, den sogenannten Linienwald. Der Wald entsteht bei Absorption von ultra-violettem Quasarlicht durch neutrale Wasserstoffatome in den frühen Entwicklungsphasen des Universums. Wenn das Gas nun heißer ist, dann sind die schwächsten Linien verbreitert. Dieser Effekt ergibt eine hervorragende Methode, die Temperatur im jungen Universum zu messen und damit quasi das Weltall in seiner Jugendzeit zu beobachten.

Die HITS-Astrophysiker überprüften diesen neu postulierten Heizprozess nun erstmals mit detaillierten Computersimulationen der kosmologischen Entstehung von Strukturen. Überraschenderweise zeigten sich die Linien gerade so verbreitert, dass sie mit der gemessenen Linienstatistik in den Quasarspektren genau übereinstimmen. "Damit können wir auf elegante Weise ein lange bestehendes Problem mit diesen Quasardaten lösen", stellt Ewald Puchwein fest, der die Simulationen auf dem Großrechner am HITS durchführte.

Der Einfluss auf Galaxienbildung

Welche weiteren Konsequenzen ergeben sich aus dieser neuen Heizquelle? Der Linienwald in den Quasarspektren wird durch Dichteschwankungen im Universum hervorgerufen. Dabei stürzen die dichtesten Fluktuationen im Laufe der Zeit zusammen, um Galaxien und Galaxienhaufen zu bilden, wie wir sie um uns herum beobachten. Wenn das diffuse Gas zu heiß ist, kann es nicht kollabieren, und die Entstehung von Zwerggalaxien verzögert sich oder wird sogar völlig unterdrückt. Hier könnte der Schlüssel zur Lösung eines weiteren Problems in der Theorie der Galaxienbildung liegen, das seit langem besteht: Warum werden in der Nähe unserer Milchstraße und in unterdichten kosmischen Regionen wesentlich weniger Zwerggalaxien beobachtet, als es kosmologische Simulationen vorhersagen?

Volker Springel, Leiter der Forschergruppe am HITS, erklärt: "Besonders aufregend an dem neuen Prozess des Blazarheizens ist, dass dieser Effekt gleich mehrere Rätsel in der kosmologischen Strukturentstehung erklären kann." Die Gruppe plant nun, die Simulationsmodelle weiter zu verfeinern und so die physikalische Natur der Blazare und ihre Auswirkungen auf das heutige Universum noch besser zu verstehen. (red, derstandard.at, 15.5.2012)

Abstract
arXiv.org: The Cosmological Impact of Luminous TeV Blazars III: Implications for Galaxy Clusters and the Formation of Dwarf Galaxies

Aktuelles Wetter in den USA

derStandard.at/Wissenschaft auf Facebook

Suche nach Lebensspuren
Rover "Curiosity" bohrte wieder den Mars an [46]
Roboter holte am Sonntag Gesteinsprobe aus dem Felsen "Cumberland" - Analyse soll in den kommenden Tagen folgen
Mission Bion-M
Kleintiere mit Raumkapsel ins All geschossen: Zahlreiche Todesopfer [26]
Tiere befanden sich einen Monat lang im Orbit - Stress und Pannen forderten ihren Tribut
NASA meldet schwere Probleme bei Weltraumteleskop Kepler [208]
Defekt in Elementen, die für Lagekontrolle der Sonde zuständig sind - Weltraumteleskop suchte seit vier Jahren nach erdähnlichen Planeten
Zurück aus dem All
Statt wie ein Superheld fühlt sich Astronaut Hadfield nun wie eine Laborratte [6]
Kanadas Raumfahrer und Twitter-Star kämpft mit den Folgen der Schwerelosigkeit
Die Kollision zweier Galaxien [52]
Der Verschmelzungsprozess, der zur Bildung der ultraleuchtenden Infrarotgalaxie geführt hat, hat auch eine spektakuläre Außenstruktur hinterlassen
Kourou
Zweite europäische Vega-Rakete erfolgreich gestartet [2]
Satelliten sollen globalen Pflanzenbestand und Klimawandel überwachen
Bakterien enthalten Spuren einer Supernova [21]
2,2 Millionen Jahre alte Bakterien-Fossilien enthalten Isotop, das bei der Explosion eines Sterns entstanden sein dürfte
SpaceShipTwo
Erfolgreicher Test für Touristenflüge ins All [234]
SpaceShipTwo erreichte Höhe von 17 Kilometern
Unter US-Flagge
Buzz Aldrin ruft zur Besiedelung des Mars auf [189]
83-jähriger Mond-Veteran träumt von einer "US-Autobahn in das Weltall" - mit Unterstützung des privaten Sektors
Sternenhimmel im Mai
Planeten-"Treffen" zwischen 24. und 28. Mai [1]
Frühlingssternbilder im Süden
Prioritäten
NASA mobilisiert für bemannte Mars-Mission [276]
NASA-Chef Charles Bolden: Eine Mars-Mission bis zum Jahr 2030 hat "Priorität"
Mini-Arche
Mäuse, Geckos, Schnecken und Fischlarven ins All gestartet [6]
Russische Trägerrakete mit Forschungsmodul Bion-M1 an Bord unterwegs
"Herschel" hat Kühlmittelvorrat aufgebraucht [24]
Das ESA-Weltraumteleskop hat kein Flüssighelium zur Kühlung der Instrumente mehr - es wird im Mai in einem Orbit um die Sonne geparkt
Galileo & EGNOS
EU-Einigung über Finanzierung von Systemen zur Satellitennavigation [3]
Bis 2020 6,3 Milliarden Euro aus EU-Budget vorgesehen
Astronomie
"Bewohnbare" Exoplaneten könnten längst Magnetfeld-Leichen sein [124]
Bestandsaufnahme unter Supererden: Astronomen subtrahieren einige potenziell erdähnliche Welten - Kollegen addieren dafür noch gar nicht gesichtete
ESA-Vorschau
Satellitennavigation steht vor gewaltigem Entwicklungs-Sprung [79]
Selbstfahrende Autos, automatische Bagger und Maschinen, die zentimetergenau Felder düngen
Vermüllter Weltraum
Nur rasche Beseitung des Schrotts kann die Raumfahrt retten [42]
Experte: "Nur die aktive Beseitigung von fünf bis zehn großen Objekten pro Jahr kann die Zunahme von Weltraumschrott umkehren"
Raumfahrt
Kosten für Europas Zugang zum All auf dem Prüfstand [4]
Frankreich will ausgeglichenere Verteilung der finanziellen Belastung
Mit Technik aus Wien
"SOLAR Orbiter" kommt der Sonne so nah wie keine Sonde zuvor [33]
Satellit soll ab 2017 unser Zentralgestirn näher unter suchen - Geschützt wird es unter anderem mit thermischer Isolation aus Österreich
Jung und heiß
Blaue Sternen-"Säuglinge" in einem offenen Haufen [4]
NGC 2547 liegt in 1.500 Lichtjahren Entfernung im Sternbild Vela und ist gerade einmal zwischen 20 und 30 Millionen Jahre alt
Touristen-Ansturm im All
Kein aufwendiges Training für Ausflug zur ISS nötig [41]
Kosmonaut Wolkow: "Falls es genug Profit abwirft, können wir in naher Zukunft eine Welle von Touristen erwarten" - US-Firma bietet "einmal Mond und zurück" an
Auktion
112.000 Euro für einen sowjetischen Weltraumanzug
Pariser Auktionshaus versteigerte eine Reihe von Raumfahrt-Memorabilien
Antares-Start
Smartphone-Satelliten umkreisen die Erde [28]
Die NASA hat drei Prototypen in den Weltraum geschossen - Smartphone Google Nexus One fungiert als Bord-Computer
Astronomie
Rekordschneller Weißer Zwerg sieht ungewissem Ende entgegen [11]
RX J0648.0-4418 könnte unseren fernen Nachfahren ein Spektakel so hell wie der Vollmond liefern
Namensgebung
Dubiose Geschäftemacherei mit Exoplaneten nimmt zu [41]
Internationale Astronomische Union warnt vor irreführenden Angeboten zur Benennung von Planeten fremder Sterne