Aktiver Supermassiver in der Radiogalaxie Hercules A. (NASA/ESA/NRAO) Radiobilder des Himmels haben Hunderte von „Baby“- und Supermassereichen enthüllt Schwarze Löcher in fernen Galaxien, wobei das Licht der Galaxien auf unerwartete Weise umherspringt.
Galaxien sind riesige kosmische Körper mit einer Größe von Zehntausenden Lichtjahren, die aus Gas, Staub und Sternen (wie unserer Sonne) bestehen.
Angesichts ihrer Größe würde man erwarten, dass sich die von Galaxien emittierte Lichtmenge langsam und stetig ändert, und zwar über Zeitskalen, die weit über das Leben eines Menschen hinausgehen.
Aber unsere Forschung, veröffentlicht im Monatliche Mitteilungen der Royal Astronomical Society , fanden eine überraschende Population von Galaxien, deren Licht sich innerhalb weniger Jahre viel schneller ändert.
Was ist eine Radiogalaxie?
Astronomen gehen davon aus, dass es einen Supermassereichen gibt schwarzes Loch im Zentrum der meisten Galaxien. Einige davon sind „aktiv“, das heißt, sie geben viel Strahlung ab.
Ihre starken Gravitationsfelder ziehen Materie aus ihrer Umgebung an und zerreißen sie in einen umlaufenden Donut aus heißem Plasma, der als „Akkretionsscheibe“ bezeichnet wird.
Diese Scheibe umkreist das Schwarze Loch mit nahezu Lichtgeschwindigkeit. Magnetfelder beschleunigen hochenergetische Teilchen von der Scheibe in langen, dünnen Strömen oder „Jets“ entlang der Rotationsachsen des Schwarzen Lochs. Je weiter sie sich vom Schwarzen Loch entfernen, desto größer werden diese Jets zu großen pilzförmigen Wolken oder „Lappen“.
Diese gesamte Struktur macht eine Radiogalaxie aus, die so genannt wird, weil sie viel Hochfrequenzstrahlung aussendet. Es kann Hunderte, Tausende oder sogar Millionen Lichtjahre groß sein und es kann daher Äonen dauern, bis sich dramatische Veränderungen zeigen.
Astronomen fragen sich seit langem, warum einige Radiogalaxien riesige Lappen aufweisen, während andere klein und begrenzt bleiben. Es gibt zwei Theorien. Zum einen werden die Jets durch dichtes Material rund um das Schwarze Loch zurückgehalten, das oft als frustrierte Lappen bezeichnet wird.
Die Einzelheiten dieses Phänomens sind jedoch weiterhin unbekannt. Es ist immer noch unklar, ob die Lappen nur vorübergehend von einer kleinen, extrem dichten Umgebung begrenzt werden – oder ob sie langsam durch eine größere, aber weniger dichte Umgebung dringen.
Die zweite Theorie zur Erklärung kleinerer Lappen besagt, dass die Jets jung sind und sich noch nicht über große Entfernungen ausgebreitet haben.
Das supermassereiche Schwarze Loch von Hercules A sendet hochenergetische Teilchenstrahlen in Radiokeulen aus. (NASA/ESA/NRAO)
Alte sind rot, Babys sind blau
Sowohl junge als auch alte Radiogalaxien können durch einen geschickten Einsatz der modernen Radioastronomie identifiziert werden: durch Betrachtung ihrer „Radiofarbe“.
Wir haben uns Daten von der angesehen Galaktische und extragalaktische All-Sky-MWA-Durchmusterung (GLEAM). , das den Himmel auf 20 verschiedenen Radiofrequenzen sieht und Astronomen eine beispiellose „Radiofarben“-Ansicht des Himmels bietet.
Den Daten zufolge erscheinen Baby-Radiogalaxien blau, was bedeutet, dass sie bei höheren Radiofrequenzen heller sind. Unterdessen erscheinen die alten und sterbenden Radiogalaxien rot und sind in den niedrigeren Radiofrequenzen heller.
Wir haben 554 Baby-Radiogalaxien identifiziert. Als wir uns ein Jahr später identische Daten ansahen, waren wir überrascht, dass 123 davon in ihrer Helligkeit herumhüpften und zu flackern schienen. Das hat uns vor ein Rätsel gestellt.
Etwas, das mehr als ein Lichtjahr groß ist, kann in weniger als einem Jahr nicht so stark in der Helligkeit schwanken, ohne gegen die Gesetze der Physik zu verstoßen. Entweder waren unsere Galaxien viel kleiner als erwartet, oder es passierte etwas anderes.
Glücklicherweise hatten wir die Daten, die wir brauchten, um das herauszufinden.
Frühere Forschungen zur Variabilität von Radiogalaxien verwendeten entweder eine kleine Anzahl von Galaxien, Archivdaten, die von vielen verschiedenen Teleskopen gesammelt wurden, oder wurden nur mit einer einzigen Frequenz durchgeführt.
Für unsere Forschung haben wir über ein Jahr lang mehr als 21.000 Galaxien auf mehreren Radiofrequenzen untersucht. Dies macht es zur ersten Untersuchung der „spektralen Variabilität“, die es uns ermöglicht, zu sehen, wie Galaxien ihre Helligkeit bei unterschiedlichen Frequenzen ändern.
Einige unserer hüpfenden Baby-Radiogalaxien haben sich im Laufe des Jahres so sehr verändert, dass wir bezweifeln, dass es sich überhaupt um Babys handelt. Es besteht die Möglichkeit, dass diese kompakten Radiogalaxien tatsächlich ängstliche Teenager sind, die viel schneller als erwartet zu Erwachsenen heranwachsen.
Während die Helligkeit der meisten unserer veränderlichen Galaxien über alle Radiofarben hinweg ungefähr um den gleichen Betrag zunahm oder abnahm, war dies bei einigen nicht der Fall. Außerdem veränderten sich bei 51 Galaxien beide Helligkeiten Und Farbe, die einen Hinweis darauf geben kann, was die Variabilität verursacht.
Künstlerische Darstellung der Teleskope SKA-mid (links) und SKA-low (rechts). (SKAO/ICRAR/SARAO)
Drei Möglichkeiten für das, was passiert
1) Funkelnde Galaxien
Wenn das Licht von Sternen durch die Erdatmosphäre wandert, wird es verzerrt. Dadurch entsteht der funkelnde Effekt der Sterne, die wir am Nachthimmel sehen, der sogenannte „Szintillation“. Das Licht der Radiogalaxien in dieser Umfrage durchquerte unsere Milchstraße und erreichte unsere Teleskope auf der Erde.
Das Gas und der Staub in unserer Galaxie könnten sie also auf die gleiche Weise verzerrt haben, was zu einem Glitzereffekt geführt hätte.
2) Blick auf den Lauf
In unserem dreidimensionalen Universum schießen schwarze Löcher manchmal hochenergetische Teilchen direkt auf uns auf der Erde zu. Diese Radiogalaxien werden „Blazare“ genannt.
Anstatt lange, dünne Strahlen und große pilzförmige Lappen zu sehen, sehen wir Blazare als sehr kleine helle Punkte. Sie können in kurzen Zeiträumen eine extreme Variabilität aufweisen, da jeder kleine Materieauswurf aus dem supermassereichen Schwarzen Loch selbst direkt auf uns gerichtet ist.
3) Schwarzes Loch rülpst
Wenn das zentrale supermassive Schwarze Loch einige zusätzliche Teilchen „ausstößt“, bilden sie einen Klumpen, der sich langsam entlang der Jets bewegt. Während sich der Klumpen nach außen ausbreitet, können wir ihn zunächst im „Radioblau“ und später im „Radiorot“ erkennen.
Wir entdecken also möglicherweise riesige Rülpser von Schwarzen Löchern, die sich langsam durch den Weltraum bewegen.
Wohin jetzt?
Dies ist das erste Mal, dass wir technisch in der Lage sind, eine groß angelegte Variabilitätsuntersuchung über mehrere Radiofarben durchzuführen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass unser Verständnis des Radiohimmels unzureichend ist und dass Radiogalaxien möglicherweise dynamischer sind als erwartet.
Mit der Inbetriebnahme der nächsten Generation von Teleskopen, insbesondere des Square Kilometre Array (SKA), werden Astronomen über viele Jahre hinweg ein dynamisches Bild des Himmels erstellen.
In der Zwischenzeit lohnt es sich, diese seltsamen Radiogalaxien zu beobachten und auch die hüpfenden Babys besonders genau im Auge zu behalten. 
Kathryn Ross , Doktorand, Curtin-Universität Und Natasha Hurley-Walker , Radioastronom, Curtin-Universität .
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