Massive Ausgasung in einer Nachbargalaxie offenbart neue Facetten kosmischer Evolution

Astronominnen und Astronomen von der University of California, Irvine haben mit Hilfe des NASA-Weltraumteleskops James Webb und ergänzender bodengebundener Beobachtungen eine bislang beispiellose Struktur extrem heißer Gasausflüsse in der nahen Galaxie VV 340a entdeckt. Die Beobachtungen zeigen eindrucksvoll, wie stark ein aktiver galaktischer Kern seine Wirtsgalaxie beeinflussen kann. Im Zentrum von VV 340a befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch, dessen Aktivität weit über den Kern hinauswirkt und die Entwicklung der gesamten Galaxie prägt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Webb macht unsichtbares Hochenergie-Gas sichtbar

Mit seinen empfindlichen Infrarotinstrumenten konnte das James-Webb-Teleskop erstmals super-heißes Gas nachweisen, das sich in Form schmaler, langgestreckter Strukturen beidseitig aus dem galaktischen Zentrum heraus erstreckt. Diese sogenannten Jets reichen jeweils über mehrere tausend Lichtjahre und sind damit etwa so groß wie die gesamte Scheibe der Galaxie selbst. Das Gas ist so stark aufgeheizt, dass es nur unter extremen Bedingungen existieren kann – ein klarer Hinweis auf die gewaltige Energie, die vom Schwarzen Loch freigesetzt wird.

Um die Größenordnung dieser Energie anschaulich zu machen, vergleichen die Forschenden sie mit der Sprengkraft von rund zehn Quintillionen Wasserstoffbomben pro Sekunde. Dieser Vergleich dient nicht der Sensationslust, sondern verdeutlicht, wie tiefgreifend solche Prozesse die physikalischen Bedingungen in einer Galaxie verändern können.

Ein kosmisches Zusammenspiel mehrerer Beobachtungsmethoden

Die vollständige Rekonstruktion des Phänomens gelang erst durch die Kombination unterschiedlicher Teleskope und Wellenlängenbereiche. Radiobeobachtungen zeigten zwei ausgedehnte Plasmajets, die vom Schwarzen Loch ausgehen. Auffällig ist ihre spiralartige Form, die darauf hindeutet, dass die Jets ihre Ausrichtung im Laufe der Zeit langsam verändern. Dieser Effekt wird als Präzession bezeichnet und kann durch Wechselwirkungen im unmittelbaren Umfeld des Schwarzen Lochs entstehen.

Zusätzliche optische Beobachtungen enthüllten weiter außen liegende Gasstrukturen, die vermutlich Überreste früherer Aktivitätsphasen darstellen. Diese weiter entfernten Gaswolken gelten als fossilartige Spuren vergangener Ausbrüche, die zeigen, dass das Schwarze Loch seine Umgebung schon seit langer Zeit beeinflusst.

Schwarze Löcher als Regulatoren der Sternentstehung

Die Entdeckung hat weitreichende Konsequenzen für das Verständnis der Galaxienentwicklung. Das ausströmende Gas wird dem Inneren der Galaxie entzogen und gleichzeitig stark aufgeheizt. Beides erschwert die Bildung neuer Sterne, da kaltes, dichtes Gas die zentrale Voraussetzung für Sternentstehung ist. Nach Berechnungen der Forschenden entfernt der Jet jedes Jahr Gas in einer Menge, aus der sonst etwa 19 Sonnen entstehen könnten.

Solche Rückkopplungsprozesse zwischen Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien gelten als entscheidender Mechanismus, um zu erklären, warum viele Galaxien ihre Sternbildung relativ früh einstellen. Der Fall VV 340a zeigt nun, dass dieser Effekt nicht auf riesige elliptische Galaxien beschränkt ist, sondern auch scheibenförmige Galaxien nachhaltig verändern kann.

Neue Perspektiven für die Erforschung des Universums

Auch wenn das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße derzeit vergleichsweise ruhig ist, gibt es Hinweise darauf, dass es in der Vergangenheit ebenfalls aktiv war. Die neuen Beobachtungen werfen daher auch Fragen nach der Geschichte unserer eigenen Galaxie auf. Künftige Untersuchungen mit dem James-Webb-Teleskop und leistungsfähigen Radioteleskopen sollen klären, wie häufig solche präzessierenden Jets im Universum auftreten und welche Rolle sie langfristig für das Wachstum und Altern von Galaxien spielen.