17.08.2017

Jellyfish galaxies may feed black holes with their long tendrils

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JELLYFISH galaxies are dead ringers for their aquatic namesakes, with blob-like bodies and star-studded tentacles that can be tens of thousands of light years long.

Now it seems these galaxies host highly active supermassive black holes, which may be fed by the same process that gives the galaxies their distinctive tentacles. The black holes are at the centres of the galaxies and tend to devour stars and other matter, says Bianca Poggianti at the Italian National Institute for Astrophysics.

Out of a sample of seven jellyfish galaxies, Poggianti and her team found that six contained huge black holes eating up hot gas from within each galaxy (Nature, DOI: 10.1038/nature23462). This suggests there is something about jellyfish galaxies that makes them the ideal feeding ground for supermassive black holes, she says.

But Alastair Edge at Durham University, UK, isn’t convinced there are active black holes in the galaxies examined. “It’s an interesting conclusion, but an ambiguous one,” he says, warning that what looks like an active black hole may actually be the traces of a collision between two gas clouds.

Studying jellyfish galaxies could improve our understanding of how galaxies age and why their rate of star formation drops over time, says James Aird at the University of Cambridge.

The tentacles are formed by a process called ram pressure. As a galaxy moves through a dense galaxy cluster, the cluster’s hot gas blows away the cooler gas in the galaxy. Long chains of stars later form from this cool gas trailing behind.

“Something about jellyfish galaxies makes them the ideal feeding ground for supermassive black holes”

If enough gas is drawn away from the galaxy’s body into its starry tentacles, its rate of star formation will slow down, Aird says.

Ram pressure also churns the gas, pushing some of it out of a stable orbit and into the black hole. This may explain why jellyfish galaxies seem more likely than other types of galaxies to have active black holes at their centres.

This article appeared in print under the headline “Galaxies with tentacles feed black holes”

Quelle:NrwScientist

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Supermassereiches Schwarzes Loch wird durch kosmische Qualle gefüttert

MUSE-Instrument der ESO am VLT entdeckt neuen Antrieb für Schwarze Löcher

Beobachtungen von „Quallengalaxien“ mit dem Very Large Telescope der ESO haben einen bisher unbekannten Mechanismus enthüllt, wie supermassereiche Schwarze Löcher angetrieben werden können. Quallengalaxien verdanken ihren Spitznamen ihrem Erscheinungsbild, da sie „Tentakel“ aus Gas hinter sich herziehen, in denen rege Sternentstehung stattfindet. Derselbe Mechanismus, der für diese Tentakel verantwortlich ist, scheint auch dafür zu sorgen, dass Gas in die zentralen Regionen von Galaxien gelangt, wo Schwarze Löcher nur darauf warten, das Gas zu verschlingen. Die Ergebnisse sind heute in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Ein Astronomenteam unter italienischer Leitung hat mit dem Instrument MUSE (Multi-Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) am Paranal-Observatorium der ESO in Chile untersucht, wie Gas aus Galaxien entkommen kann. Dabei konzentrierten sie sich auf besonders ausgeprägte Quallengalaxien in nahen Galaxienhaufen, deren tentakelartige Schweife aus Materie, nach denen sie benannt sind, sich jenseits der galaktischen Scheiben über zehntausende Lichtjahre erstrecken [1][2].

Die Tentakel von Quallengalaxien entstehen in Galaxienhaufen durch einen Prozess, der als Ram Pressure Strippingbezeichnet wird. Durch die gegenseitige gravitative Anziehung fallen Galaxien mit großer Geschwindigkeit in den Galaxienhaufen hinein, wo sie auf heißes, dichtes Gas treffen, das wie ein kräftiger Wind wirkt, wodurch Schweife aus Gas jenseits der Galaxienscheibe entstehen, in denen anschließend explosionsartig Sternentstehung stattfindet.

In sechs von sieben Quallengalaxien, die man untersucht hat, fanden die Forscher ein supermassereiches Schwarzes Lochim Zentrum, das von dem umgebenden Gas gefüttert wird [3]. Dieser Anteil ist unerwartet hoch – generell beträgt er in Galaxien weniger als eins zu zehn.

„Diese starke Verbindung zwischen Ram Pressure Stripping und aktiven Schwarzen Löchern wurde nicht vorhergesagt und auch nie zuvor berichtet“, erzählt Teamleiterin Bianca Poggianti vom INAF-Astronomocial Observatory of Padova in Italien. „Es scheint, als werde das Schwarze Loch mit einem Teil des Gases gefüttert, da es das Galaxienzentrum erreicht, anstatt aus der Galaxie zu entkommen.“

Eine seit langem ungelöste Frage ist, warum nur ein kleiner Teil an supermassereichen Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien aktiv sind. Supermassereiche Schwarze Löcher gibt es in fast allen Galaxien, doch bislang ist unklar, warum nur ein paar wenige von ihnen Materie akkretieren und dadurch hell leuchten. Die Ergebnisse dieser Untersuchung enthüllen nun einen bisher unbekannten Mechanismus, durch den Schwarze Löcher gefüttert werden können.

Yara Jaffé, eine ESO-Stipendiatin, die an dem Fachartikel mitwirkte, erklärt die Bedeutsamkeit der Entdeckung: „Diese MUSE-Beobachtungen deuten auf einen bisher unbekannten Mechanismus hin, der Gas wie durch einen Trichter in Richtung des Schwarzen Lochs strömen lässt. Dieses Ergebnis ist von großer Bedeutung, da es ein neues Puzzleteil in der bisher nur teilweise verstandenen Verbindung zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und ihrer Muttergalaxie darstellt.“

Die aktuellen Beobachtungen sind Teil einer noch größer angelegten Untersuchung einiger weiterer Quallengalaxien, die derzeit läuft.

„Die Studie wird, sobald sie abgeschlossen ist, zeigen, wie viele und welche gasreichen Galaxien, die in einen Galaxienhaufen gelangen, eine Periode erhöhter Aktivität in ihren Kernen durchlaufen“, meint Poggianti. „Ein Rätsel in der Astronomie war seit jeher, wie Galaxien in unserem expandierenden und sich entwickelnden Universum entstehen und sich verändern. Quallengalaxien sind der Schlüssel zum Verständnis von der Entwicklung von Galaxien, da sie sich inmitten eines dramatischen Veränderungsprozesses befinden.“

Endnoten

[1] Bisher wurden knapp über 400 Kandidaten für Quallengalaxien gefunden.

[2] Die Ergebnisse sind im Rahmen eines Beobachtungsprogramms namens GASP (GAs Stripping Phenomena in galaxies with MUSE) entstanden, einem ESO-Großprojekt, das zum Ziel hat, zu untersuchen, wo, wie und warum Gas aus Galaxien gelangen kann. GASP produziert detaillierte MUSE-Daten für 114 Galaxien in verschiedenen Umgebungen, insbesondere Quallengalaxien. Beobachtungen sind derzeit im Gange.

[3] Es ist allgemein bekannt, dass sich in fast jeder, wenn nicht sogar jeder, Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum befindet, mit Massen zwischen ein paar Millionen bis ein paar Milliarden Sonnenmassen. Wenn ein Schwarzes Loch Materie aus der Umgebung akkretiert, erhitzt sich die Materie und emittiert elektromagnetische Strahlung, wodurch eines der energetischsten astrophysikalischen Phänomene entsteht: aktive Galaxienkerne (engl. active galactic nucleus, kurz AGN).

[4] Das Team untersuchte auch die alternative Erklärung, dass die zentrale AGN-Aktivität dazu beiträgt, dass Gas aus den Galaxien entkommen kann, allerdings ist das weniger wahrscheinlich. Im Inneren des Galaxienhaufens befinden sich die Quallengalaxien in einer Zone, in der durch das heiße, dichte Gas des intergalaktischen Mediums mit besonders hoher Wahrscheinlichkeit die langen Galaxiententakel entstehen, womit es unwahrscheinlich ist, dass sie durch eine hohe AGN-Aktivität entstanden sind. Es spricht also mehr dafür, dass der Staudruck die Aktivität der Galaxienkerne verursacht und nicht umgekehrt, was bedeutet, dass Schwarze Löcher durch diesen Mechanismus gefüttert werden.

Ein Beispiel für eine Quallengalaxie

Beobachtungen von „Quallengalaxien“ mit dem Very Large Telescope der ESO haben einen bisher unbekannten Mechanismusenthüllt, wie supermassereiche Schwarze Löcher angetrieben werden können. Quallengalaxien verdanken ihren Spitznamen ihrem Erscheinungsbild, da sie „Tentakel“ aus Gas hinter sich herziehen, in denen rege Sternentstehung stattfindet. Derselbe Mechanismus, der für diese Tentakel verantwortlich ist, scheint auch dafür zu sorgen, dass Gas in die zentralen Regionen von Galaxien gelangt, wo Schwarze Löcher nur darauf warten, es zu verschlingen.

Dieses Bild einer der Galaxien mit der Bezeichnung JW100, aufgenommen mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile, zeigt deutlich, wie Materie in langen Strahlen aus der Galaxie strömt. Das ionisiertes Wasserstoffgas leuchtet rot, ionisierter Sauerstoff ist grün dargestellt und die weißen Bereiche kennzeichnen die Regionen, wo sich die meisten Sterne in der Galaxie befinden.

Visualisation of MUSE view of Jellyfish Galaxy

This visualisation shows a jellyfish galaxy in the three-dimensional view of the MUSE instrument on ESO's Very Large Telescope. This combines the normal two-dimensional view with the third dimension of wavelength. This galaxy has undergone ram pressure stripping as it moves rapidly into the hot gas in a galaxy cluster, and streamers of gas and young stars are trailing behind it. These show up as the tentacles extending to the right in this picture as they have different velocities to the main disc of the galaxy, shown at the left.

Quelle: ESO