Galaktische Fusionen ernähren keine schwarzen Löcher

Die großen schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxien können hungrige Tiere sein. Aber was zwingt dieses Gas und diesen Staub in den letzten Lichtjahren in den Schlund dieser supermassiven Schwarzen Löcher?

Es wurde angenommen, dass Fusionen zwischen Galaxien das Gas und den Staub in einer Galaxie stören und die Materie in die unmittelbare Nachbarschaft des Schwarzen Lochs zwingen. Das heißt, bis eine kürzlich durchgeführte Studie an 140 Galaxien mit aktiven galaktischen Kernen (AGN) – einem anderen Namen für aktive Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien – starke Beweise dafür lieferte, dass viele der Galaxien, die diese AGN enthalten, keine Anzeichen früherer Fusionen aufweisen.

Die Studie wurde von einem internationalen Team von Astronomen durchgeführt. Mauricio Cisternas vom Max-Planck-Institut für Astronomie und sein Team verwendeten Daten aus 140 Galaxien, die vom XMM-Newton-Röntgenobservatorium abgebildet wurden. Die von ihnen untersuchten Galaxien hatten eine Rotverschiebung zwischen z = 0,3 – 1, was bedeutet, dass sie zwischen etwa 4 und 8 Milliarden Lichtjahren entfernt sind (und daher ist das Licht, das wir von ihnen sehen, etwa 4 bis 8 Milliarden Jahre alt).

Sie haben sich jedoch nicht nur die Bilder der fraglichen Galaxien angesehen. Eine Tendenz zur Klassifizierung jener Galaxien, bei denen aktive Kerne stärker von Fusionen verzerrt sind, könnte sich einschleichen. Sie bildeten vielmehr eine „Kontrollgruppe“ von Galaxien, die Bilder inaktiver Galaxien aus derselben Rotverschiebung wie die AGN-Wirtsgalaxien verwendeten. Sie nahmen die Bilder aus dem Cosmic Evolution Survey (COSMOS) auf, einem Überblick über eine große Region des Himmels in mehreren Wellenlängen des Lichts. Da diese Galaxien dieselbe Rotverschiebung aufwiesen wie diejenigen, die sie untersuchen wollten, zeigen sie dasselbe Stadium in der galaktischen Evolution. Insgesamt hatten sie 1264 Galaxien in ihrer Vergleichsprobe.

Die Art und Weise, wie sie die Studie entwarfen, beinhaltete einen Grundsatz der Wissenschaft, der normalerweise auf dem Gebiet der Astronomie nicht verwendet wird: die Blindstudie. Cisternas und sein Team hatten 9 Vergleichsgalaxien – die kein AGN enthielten – mit der gleichen Rotverschiebung für jede ihrer 140 Galaxien, die Anzeichen eines aktiven Kerns zeigten.

Als nächstes entfernten sie alle Anzeichen des hellen aktiven Kerns im Bild. Dies bedeutet, dass die Galaxien in ihrer Stichprobe von 140 Galaxien mit AGN im Wesentlichen würden erscheinen sogar ein geschultes Auge als Galaxie ohne die verräterischen Zeichen einer AGN. Anschließend übermittelten sie die Kontrollgalaxien und die veränderten AGN-Bilder zehn verschiedenen Astronomen und baten sie, sie alle als „verzerrt“, „mäßig verzerrt“ oder „nicht verzerrt“ zu klassifizieren.

Da ihre Stichprobengröße ziemlich überschaubar war und die Verzerrung in vielen Galaxien zu subtil wäre, als dass ein Computer sie erkennen könnte, war das mustersuchende menschliche Gehirn das Bildanalysewerkzeug der Wahl. Das mag vertraut klingen – etwas Ähnliches wird mit großem Erfolg mit Leuten gemacht, die Amateur-Galaxienklassifikatoren im Galaxy Zoo sind.

Wenn eine Galaxie mit einer anderen Galaxie verschmilzt, verzerrt die Fusion ihre Form auf identifizierbare Weise – sie verformt eine normalerweise glatte elliptische Galaxie, und wenn die Galaxie eine Spirale ist, scheinen die Arme etwas „abgewickelt“ zu sein. Wenn es der Fall wäre, dass galaktische Fusionen die wahrscheinlichste Ursache für AGN sind, wäre es wahrscheinlicher, dass diese Galaxien mit einem aktiven Kern eine Verzerrung von dieser vergangenen Fusion zeigen.

Das Team hat diesen Prozess der Verblindung der Studie durchlaufen, um jegliche Tendenz zu beseitigen, die diejenigen, die sich die Bilder ansehen, haben würden, AGN als verzerrter einzustufen. Indem sie sowohl eine relativ große Stichprobengröße von Galaxien hatten als auch jegliche Verzerrung bei der Analyse der Bilder beseitigten, hofften sie, definitiv zu zeigen, ob die Korrelation zwischen AGN und Fusionen besteht.

Das Ergebnis? Diese Galaxien mit einem aktiven galaktischen Kern zeigten insgesamt keine größere Verzerrung als diese Galaxien in der Vergleichsprobe. Wie die Autoren in der Arbeit feststellen, "sind Fusionen und Wechselwirkungen mit AGN-Wirten nicht dominant und treten nicht häufiger auf als bei inaktiven Galaxien."

Dies bedeutet, dass Astronomen nicht auf galaktische Fusionen als Hauptgrund für AGN hinweisen können. Die Studie zeigte, dass mindestens 75% der AGN-Entstehung – zumindest zwischen den letzten 4 bis 8 Milliarden Jahren – aus anderen Quellen als galaktischen Fusionen stammen muss. Mögliche Kandidaten für diese Quellen sind: "galaktische Belästigung", jene Galaxien, die nicht kollidieren, aber nahe genug kommen, um sich gegenseitig durch Gravitation zu beeinflussen; die Instabilität des zentralen Balkens in einer Galaxie; oder die Kollision von riesigen Molekülwolken innerhalb der Galaxie.

Das Wissen, dass AGN nicht zu einem großen Teil durch galaktische Fusionen verursacht wird, wird den Astronomen helfen, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien besser zu verstehen. Die aktiven Kerne in Galaxien, in denen sie sich befinden, beeinflussen die galaktische Bildung stark. Dieser Prozess wird als "AGN-Rückkopplung" bezeichnet, und die Mechanismen und Effekte, die sich aus dem Zusammenspiel zwischen dem Energiefluss aus dem AGN und dem umgebenden Material im Zentrum einer Galaxie ergeben, sind immer noch ein heißes Thema in der Astronomie.

Fusionen in der fernen Vergangenheit als 8 Milliarden Jahre könnten noch mit AGN korrelieren – diese Studie schließt nur eine bestimmte Population dieser Galaxien aus – und dies ist eine Frage, die das Team als nächstes in Erwartung von Untersuchungen des Hubble-Weltraumteleskops und von Hubble übernehmen möchte das James Webb Weltraumteleskop. Ihre Studie wird in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 10. Januar veröffentlicht, und eine Vordruckversion ist auf Arxiv verfügbar.

Quelle: HST-Pressemitteilung, Max-Planck-Institut für Astronomie, Artikel von Arxiv

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