Künstlerische Darstellung des Windes des Schwarzen Lochs. (SEELE (ESO/NAOJ/NRAO) In den entlegensten Teilen des Universums befindet sich ein Supermassiver schwarzes Loch bekommt einen Wutanfall.
Es bläst einen gewaltigen Wind in den intergalaktischen Raum und wir sehen das Sturmlicht von vor 13,1 Milliarden Jahren, als das Universum weniger als 10 Prozent seines heutigen Alters hatte. Es ist der am weitesten entfernte Sturm dieser Art, den wir jemals identifiziert haben, und seine Entdeckung ist ein Hinweis, der Astronomen dabei helfen könnte, die Geschichte der Galaxienentstehung aufzuklären.
„Die Frage ist, wann entstanden galaktische Winde im Universum?“ sagte der Astronom Takuma Izumi des Nationalen Astronomischen Observatoriums Japans (NAOJ).
„Das ist eine wichtige Frage, weil sie mit einem wichtigen Problem der Astronomie zusammenhängt: Wie entstanden Galaxien und supermassereiche Teilchen?“ Schwarze Löcher koevolvieren?'
Supermassive Schwarze Löcher können nicht von Galaxien getrennt werden. Diese riesigen Objekte mit Millionen- bis Milliardenfacher Sonnenmasse bilden das mächtige Herz des galaktischen Systems – den Gravitationskern, um den sich alles andere in der Galaxie dreht.
Sie spielen auch eine große Rolle bei der Entstehung ihrer Galaxien. Eine Möglichkeit hierfür ist ein Mechanismus namens Feedback. Starke Winde des supermassereichen Schwarzen Lochs strömen durch den Weltraum und blasen Material weg, das in manchen Gebieten Sterne produzieren würde, oder zwingen es in anderen dazu, zu neuen Sternen zusammenzufallen. Letztendlich bestimmt die Anwesenheit des Schwarzen Lochs die Sternmasse der Galaxie.
Interessanterweise ist die Masse eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Allgemeinen ungefähr proportional zur zentralen Ausbuchtung der es umgebenden Galaxie. Astronomen sind sich nicht sicher, warum dies geschieht, da eine Galaxie viel mehr Masse hat als ihr supermassereiches Schwarzes Loch, etwa zehn Größenordnungen; aber die Proportionalität legt nahe, dass sich supermassive Schwarze Löcher und ihre Galaxien gemeinsam entwickeln, anstatt sich getrennt zu bilden und später zusammenzukommen.
Um zu untersuchen, wie frühe Rückkopplungen im Universum beobachtet werden können, nutzten Izumi und seine Kollegen das Radioteleskop Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile, um nach Bewegungen in den Gasströmen um Galaxien mit supermassereichen Schwarzen Löchern im frühen Universum zu suchen.
Nur wenige hundert Millionen Jahre später entdeckten sie eine Galaxie namens J1243+0100 Urknall . Die Analyse der Radioemissionen des Staubs in der Galaxie deutete auf starke Ausströme von 500 Kilometern pro Sekunde hin, was einer Ausströmrate von 447-facher Sonnenmasse pro Jahr entspricht – definitiv stark genug, um die Geburt aller Sterne zu verhindern.
Damit handelt es sich um den frühesten bisher identifizierten Schwarzen-Loch-Wind, was den Rekord um 100 Millionen Jahre verlängert, was darauf hindeutet, dass die Rückkopplung relativ früh in der Geschichte des Universums auftrat.
Das ist jedoch nicht das Einzige, was sich früh herausstellte. Messungen ergaben, dass das supermassive Schwarze Loch etwa 330 Millionen Mal so groß ist wie die Masse der Sonne.
Durch die Untersuchung der ALMA-Daten konnten die Forscher auch die Masse der Ausbuchtung von J1243+0100 messen. Es hatte die 30-Milliarden-fache Masse der Sonne, was bedeutet, dass die Masse des Schwarzen Lochs etwa 10 Prozent der Masse des Bulges entspricht.
Dies deutet darauf hin, dass die Koevolution supermassiver Schwarzer Löcher und ihrer Muttergalaxien auch seit mindestens einigen hundert Millionen Jahren nach dem Urknall stattfindet.
„Unsere Beobachtungen stützen aktuelle hochpräzise Computersimulationen, die vorhergesagt haben, dass bereits vor etwa 13 Milliarden Jahren koevolutionäre Beziehungen bestanden.“ sagte Izumi .
„Wir planen, in Zukunft eine große Anzahl solcher Objekte zu beobachten, und hoffen, klären zu können, ob die in diesem Objekt beobachtete ursprüngliche Koevolution ein genaues Bild des allgemeinen Universums zu dieser Zeit ist oder nicht.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Das Astrophysikalische Journal .