Forscher haben 53 neue supermassive schwarze Löcher entdeckt, die Quasare betreiben und Materie in Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausstoßen. Diese Jets erstrecken sich über bis zu 7,2 Millionen Lichtjahre, was etwa 50-mal der Breite der Milchtstraße entspricht.
Diese beeindruckenden Objekte, bekannt als Gigantische Radioquasare, gehören zu einer Gruppe von 369 Radioquasaren, die kürzlich von indischen Astronomen mithilfe der Daten des Giant Meterwave Radio Telescope (GMRT) entdeckt wurden. Das GMRT besteht aus 30 parabolischen Schüsseln und befindet sich in der Nähe von Pune, Indien, als Teil der TIFR GMRT Sky Survey (TGSS). Die TGSS deckte etwa 90 % der Himmelskugel über der Erde ab, wobei die breite Abdeckung und hohe Empfindlichkeit des Teleskops es ideal machen, um entfernte riesige radioemittierende Strukturen wie Gigantische Radioquasare zu identifizieren.
„Die Größen dieser Radiojets sind mit unserem Sonnensystem oder sogar unserer Galaxie nicht vergleichbar“, sagte das Teammitglied Souvik Manik, ein Forscher am Midnapore City College, in einer E-Mail-Mitteilung. „Wir sprechen von 20 bis 50 Durchmessern der Milchstraße, nebeneinander platziert.“
Es wird angenommen, dass sich supermassive schwarze Löcher mit Massen von Millionen bis Milliarden Sonnenmassen im Zentrum aller großen Galaxien befinden. Allerdings betreiben nicht alle diese kosmischen Riesen helle zentrale Bereiche, die als Aktive Galaktische Kerne (AGN) bezeichnet werden, oder werden als „Quasare“ wahrgenommen, welche extrem leistungsstarke galaktische Kerne sind.
Damit ein Quasar betrieben werden kann, muss ein supermassives schwarzes Loch von einer Fülle von Gas und Staub umgeben sein, von dem es sich ernähren kann. Dieses Material kreist um supermassive schwarze Löcher in flachen Wolkenstrukturen, die als Akkretionsscheiben bezeichnet werden. Der enorme Gravitationseinfluss supermassiver schwarzer Löcher erzeugt starke Gezeitenkräfte in den Akkretionsscheiben, die dieses Material erhitzen und es dazu bringen, über das elektromagnetische Spektrum hinweg intensiv Strahlung auszusenden.
Schwarze Löcher sind jedoch für ihre chaotischen „Essgewohnheiten“ bekannt, und nicht alles Material in den Akkretionsscheiben wird zu ihnen geleitet. Starke Magnetfelder leiten hochionisiertes Gas oder Plasma zu den Polen des supermassiven schwarzen Lochs, wo es auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und in entgegengesetzten Richtungen als mächtige Zwillingsjets ausgestoßen wird. Im Laufe der Zeit können diese Jets, während sie Entfernungen von vielen Lichtjahren von ihrer Quelle erreichen, sich zu breiten Lappen oder „Loben“ ausbreiten, die weit über und unter der Ebene der Galaxie, aus der sie hervorgehen, herausragen. Die Jets und Loben gehen mit starken Radiowellenemissionen einher.
„Ihre enormen Radiojets machen diese Quasare wertvoll für das Verständnis sowohl der letzten Stadien ihrer Evolution als auch des intergalaktischen Mediums, in dem sie sich ausdehnen, dem dünnen Gas, das ihre Radioloben Millionen von Lichtjahren vom zentralen schwarzen Loch umschließt“, sagte der Teamleiter Sabyasachi Pal, ein Astronom am Midnapore City College. „Allerdings ist es nicht einfach, solche Giganten zu finden.“ Der Forscher erklärte, dass dies darauf zurückzuführen sei, dass die schwache „Brücke“ von Emissionen, die die beiden Loben verbindet, oft unter die Nachweisgrenzen fällt, sodass die Gesamtstruktur gebrochen oder unvollständig erscheint.
„Radio-Teleskope mit niedriger Frequenz sind besonders effektiv für die Identifizierung dieser Systeme, da das gealterte Synchrotron-Plasma in den Loben bei niedrigeren Frequenzen stärker emittiert als bei höheren Frequenzen“, fügte Pal hinzu.
Das Team beobachtete einen interessanten Trend in Bezug auf Gigantische Radioquasare und die Umgebungen, in denen sie sich befinden. Dabei stellte es fest, dass sich mindestens 14 % dieser monströsen Objekte innerhalb von Galaxienansammlungen und Clustern sowie in der Nähe kosmischer Filamente aus Gas, Staub und Dunkler Materie aufhalten, wo Galaxien sich versammeln und wachsen.
„Es scheint, dass die Umgebung eine große Rolle dabei spielt, wie sich diese Radiojets entwickeln“, sagte das Teammitglied Netai Bhukta von der Sidho Kanho Birsha Universität in Lagda, Indien, in der Mitteilung. „In dichteren Regionen könnten die Jets verlangsamt, gebogen oder durch das umgebende Gas gestört werden, während sie in leereren Regionen sich frei im intergalaktischen Medium ausbreiten können.“
Obwohl die meisten Quasare Zwillingsjets aufweisen, bemerkten die Wissenschaftler, dass diese Jets häufig ungleichmäßig in Bezug auf Länge oder Helligkeit sind, eine Differenzierung, die als Radiojet-Asymmetrie bezeichnet wird. „Diese Asymmetrie zeigt uns, dass diese Jets gegen eine ungleiche kosmische Umgebung kämpfen“, sagte das Teammitglied Sushanta K. Mondal, ebenfalls von der Sidho Kanho Birsha Universität. „Auf einer Seite könnte der Jet in dichtere Wolken intergalaktischen Gases eindringen und dadurch in seinem Wachstum verlangsamt werden, während die andere Seite sich frei durch ein dünneres Medium ausbreitet.“
Die Ergebnisse des Teams scheinen darauf hinzuweisen, dass riesige Quasare in größeren Abständen eine stärkere Jet-Asymmetrie aufweisen als solche, die näher an der Milchstraße stehen. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass wir, je weiter weg diese Quasare sind, weiter in der Zeit zurückblicken, und das frühe Universum war weit chaotischer und mit dichterem Gas gefüllt, was die Wege dieser Jets verzerrte.
Die Forschung des Teams wurde am 13. November in der Astrophysical Journal Supplement Series der American Astronomical Society veröffentlicht.
Robert Lea ist ein Wissenschaftsjournalist im Vereinigten Königreich, dessen Artikel in Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek und ZME Science veröffentlicht wurden. Er schreibt auch über Wissenschaftskommunikation für Elsevier und das European Journal of Physics. Rob hat einen Bachelor-Abschluss in Physik und Astronomie von der Open University im Vereinigten Königreich.
