Die Überlagerung von Bildern des Galaxienhaufens Abell 2597 zeigt den springbrunnenartigen Gasstrom, der durch das supermassereiche Schwarze Loch in der zentralen Galaxie angetrieben wird. Die gelbe Farbe gibt kaltes Gas wieder, die rote Farbe repräsentiert das heiße Wasserstoffgas.
Der ungewöhnlich helle Galaxienhaufen Abell 2597 im Sternbild Wassermann liegt mit einer Entfernung von einer Milliarde Lichtjahre vergleichsweise nahe. Im Zentrum dieser Ansammlung aus rund 50 Galaxien liegt eine massereiche elliptische Galaxie, die auf Englisch als Abell 2597 Brightest Cluster Galaxy bezeichnet wird. Diese Riesengalaxie ist der Ursprung einer gewaltigen Fontäne aus molekularem Gas. Dieses Phänomen haben nun Forscher um Grant Tremblay vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics näher in Augenschein genommen und es als eine Art galaktischer Springbrunnen identifiziert.
Angetrieben wird der Strom von einem supermassereichen Schwarzen Loch im Herzen der fernen Galaxie. Wie die Wissenschafter mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) und dem MUSE-Spektrografen am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte (ESO) nun beobachten konnten, regnet das Gas in Form einer intergalaktischen Sintflut wieder zurück auf das Schwarze Loch.
Schwarzes Loch fungiert als gigantische Pumpe
"Dies ist möglicherweise das erste System, in dem wir klare Beweise für den Zustrom von kaltem molekularem Gas in Richtung des Schwarzen Lochs zusammen mit ihrem Ausstoß oder Auswurf durch Jets finden, die das Schwarze Loch auslöst", erklärte Tremblay. "Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum dieser riesigen Galaxie wirkt wie eine mechanische Pumpe in einem Springbrunnen."
Tremblay und seine Mitarbeiter nutzten ALMA, um die Position und Bewegung von Kohlenmonoxidmolekülen (CO) im Nebel zu erfassen, wie sie im "Astrophysical Journal" berichten. Diese kalten Moleküle mit Temperaturen von bis zu -250 bis -260 Grad Celsius fallen nach innen auf das Schwarze Loch zu. Das Team nutzte auch Daten des Instruments MUSE, um wärmeres Gas zu untersuchen, das in Form von Jets, also eng fokussierte Materieströme, nahe dem Schwarzen Loch ausgestoßen wird.
Kreislauf aus Hitze und Kälte
Gemeinsam ergeben die beiden Datensätze ein vollständiges Bild dieses Vorgangs: Kaltes Gas fällt auf das Schwarze Loch zu, wird in seiner Nähe stark beschleunigt und durch die Reibung extrem aufgeheizt, bevor es unter hoher Geschwindigkeit mittels Jets als glühendes Plasma in die Leere des Alls zurückgeschleudert wird. Diese Jets schießen aus dem Schwarzen Loch wie ein beeindruckender galaktischer Springbrunnen hervor. Ohne jegliche Hoffnung, dem gravitativen Griff der Galaxie entkommen zu können, kühlt sich das Plasma ab und regnet schließlich zurück auf das Schwarze Loch nieder, wo der Kreislauf erneut beginnt.
Diese beispiellose Beobachtung könnte Aufschluss über den Lebenszyklus von Galaxien geben. Die Wissenschafter vermuten, dass dieser Prozess nicht nur verbreitet zu sein scheint, sondern auch wesentlich für das Verständnis der Galaxienbildung sein könnte. Während Einfall und Auswurf von kaltem molekularem Gas bereits früher beobachtet wurden, ist dies das erste Mal, dass beide Phänomene innerhalb ein und desselben Systems gefunden wurden. Dies ist der Beleg dafür, dass sie Teil desselben gewaltigen Prozesses sind. (red, 6.11.2018)