Parasitäre Galaxien

von Dr. Harald Zaun, 2008

Künstlerische Darstellung der NGC 5548-Galaxie mitsamt Nachbargalaxie, wie man sie im optischen Licht sehen würde.
Credit: NRAO

Röntgenstrahlen entlarven wahren Charakter von hellstrahlenden Seyfert-Galaxien, in deren Zentren hungrige Schwarze Löcher hausen, die von Nachbargalaxien Materie abzapfen.

Interaktive Galaxien sind per se nichts Besonderes. Manche verschmelzen miteinander, andere wiederum nutzen die Nähe von kleineren Galaxien, um auf deren Kosten an Klasse und Masse zu gewinnen. Wie dies in der kosmischen Praxis aussieht, beobachteten jüngst taiwanische Astronomen mit dem VLA-Radioteleskop in New Mexico, als sie so genannte Seyfert-Galaxien ins Visier nahmen, die von Nachbargalaxien begleitet werden. Was im optischen Licht bislang nicht zu sehen war, zeigte sich insbesondere bei der Galaxie NGC 5548 im Radiobereich in aller Deutlichkeit. Im Zentrum dieser Galaxie haust ein supermassives Schwarzes Loch, das von zwei Nachbargalaxien Gas und Staub absaugt und dabei starke Röntgenstrahlung freisetzt. Nach Ansicht der Forscher könnte dies erklären, warum Seyfert-Galaxien im Gegensatz zu den meisten anderen „Milchstraßen" so hell strahlen.

Das Universum ist nicht ganz dicht. Nein, es ward zu keinem Zeitpunkt dicht. Es wird auch niemals dicht sein und zu keinem fernen Zeitpunkt dicht werden. Im Gegenteil – es wird immer „undichter".

Sekündlich sinkende Materiedichte

Über die Verteilung der Dunklen Materie gibt es hie und da Computersimulationen, über deren wahren Kern letzten Endes trefflich gestritten werden darf . Credit: NASA/HST

Mit Dichte – und hiermit ist natürlich nur die materielle und keineswegs eine anders geartete gemeint – hat unser Kosmos anscheinend wenig im Sinn. Sie ist für ihn vielmehr eine ungeliebte Größe. Schließlich ist die mittlere Dichte der Materie im Universum schwindend gering: Auf zehn Kubikmeter kommen etwa nur ein bis sechs Nukleonen, sprich Protonen oder Neutronen. Nicht gerade viel Materie auf einen Haufen, zumal diese infolge der Expansion des Raumes immer weiter ausgedünnt wird. Denn während sich der Raum unaufhörlich aufbläht und die in ihm treibende baryonische Materie größtenteils konstant bleibt (sehen wir einmal großzügig von dem möglichen Massenverlust durch Schwarze Löcher ab, sofern hier wirklich ein Massenverlust stattfindet), sinkt der Wert der kosmischen Materiedichte sekündlich. Dass sich dieser Wert selbstredend nur auf die baryonische Materie bezieht, also auf die für uns sichtbare und quantifizierbare, die nebenher bemerkt nur fünf Prozent der kosmischen bekannten Masse stellt, versteht sich von selbst.

Noch ist uns das Wesen der Dunklen Materie, das mindestens 86 Prozent der kosmischen Materie stellt, völlig fremd und seine Konsistenz derart unbekannt, dass es nicht vermessen anmutet, die samtene Schwärze des Alls, von der alle astralen Himmelskörper nun einmal umrahmt werden, als „Äther" der Leere zu bezeichnen.

Sehr heller galaktischer Kern

Die 72 Millionen Lichtjahre entfernte Seyfert-Galaxie NGC 7742 im optischen Licht. Im Innern dieser Welteninsel geht es heiß her . Credit: NASA

Manchmal jedoch erhellen hie und da Oasen des Lichtes die Tristesse dieser öden und finsteren „Äther"-Wüste. Zwar nicht oft, aber gemäß den Extrapolationen von Astrophysikern immerhin bis zu 500 Milliarden mal, denn maximal könnten so viele Galaxien in unserem Universum beheimatet sein.

Einige besonders lebhafte Repräsentanten dieser Materieansammlungen haben taiwanische Astrophysiker unlängst erstmals im Rahmen einer systematischen Studie mit mehreren Radioteleskopen näher unter die Lupe genommen. Bei den observierten fernen Welteninseln handelt es sich primär um aktive Galaxien. Hierzu zählen vor allem die 18 Seyfert-Galaxien, die die Radioastronomen näher untersucht haben.

Seyfert-Galaxien sind Spiral- oder Irreguläre Galaxien, die ein ausgesprochen helles Kerngebiet haben. Die emittierte starke Röntgenstrahlung dieses nach dem amerikanischen Astronomen Carl Keenan Seyfert (1911-1960) benannten und von ihm in den 1940er Jahren eingehend untersuchten Galaxientyps geht auf höchst aktive supermassereiche Schwarze Löcher zurück, die in den Zentren dieser Welteninseln eingebettet sind und dort unersättlich Gas oder Sternmaterial verschlingen.

Sagitarius A* - das Schwarze Loch im Herzen der Milchstraße ist bei weitem nicht so aktiv wie das von NGC 5548. Credit: ESO

Zwei interagierende Galaxien, die auf Kollisionskurs gehen und in etlichen Millionen Jahren zu einer Galaxie verschmolzen sein werden Credit: NASA

Hierzu zählt auch das Biest im Zentrum unserer Galaxis, das – wie seine Kollegen, die sich in fast allen anderen galaktischen Zentren tummeln – durch seine ungeheure Schwerkraft Gas, Staub und sogar ganze Sterne so schnell verschlingt, dass die einfallende Materie sich auf Millionen von Grad aufheizt und daher in Teilbereichen des Spektrums stark emittiert. Beim Stillen ihres "Hungers" verraten sich solcherlei extrem dichten poststellaren Geschöpfe, die aus massereichen sterbenden Sternen zu Leben erwachen, durch Infrarotstrahlung und höchstwahrscheinlich auch via Gammastrahlen. Am stärksten aber offenbaren sie sich im Röntgenbereich.

Nahrungsquellen für supermassive Schwarze Löcher

Der Unterschied zwischen der hellstrahlenden Seyfert-Galaxie NGC 5548 (links), welche die taiwanischen Astronomen im Radiobereich studierten, und der regulären Galaxie NGC 3277 (rechts) ist auch im optischen Bereich gut auszumachen. Credit: The University of Alabama

Jede der VLA-Schüsseln hat einen Durchmesser von 25 Meter Credit: NRAO/AUI

Die Zentralregion von NGC 5548, in der das supermassive Schwarze Loch lokalisiert ist. Aufnahme des Röntgen-Weltraumteleskops Chandra aus dem Jahr 2000 Credit: NASA/SRON

Wenn in allen Zentren der 500 Milliarden Galaxien supermassive Schwarze Löcher mit bis zu einer Milliarde Sonnenmassen als Quelle intensivster Strahlung heimisch geworden sind, stellt sich die berechtigte Frage, wie diese dorthin gekommen sind. Eine zufriedenstellende Antwort hierauf liegt bislang noch nicht vor. Ähnliches gilt für die Frage, wie die ungeheuren Gasmengen, die das Innere der Seyfert-Galaxien zum Leuchten bringen, in das Zentrum und somit ins das Heiligste des Schwarzen Loches gelangt sind. Und woher beziehen die gierigen supermassiven Schwarzen Löcher überhaupt ihre „Nahrung"?

Ein Modell beruht auf der Idee, dass sich galaktische Schwarze Löcher in aller Regelmäßigkeit des stellaren Gases vorbeiziehender Nachbargalaxien bedienen. Kommt eine massearme Galaxie einer massereicheren zu nah, gerät Ersterer in die Fänge der größeren Materieoase. Wie und in welchem Umfang dann das massereiche Schwarze Loch dem galaktischen kleineren Anwohner Materie abluchst, blieb den Forschern bislang verborgen. Selbst intensivste Observationen von Seyfert-Galaxien im sichtbaren Bereich des Lichtes könnten noch kein Licht in das Dunkle dieser kosmischen Lichtinseln bringen. Nur bei einigen Milchstraßen beobachteten die Astronomen der optischen Fraktion enge intergalaktische Kontakte. Mit dem Very Large Array (VLA), einer in der Nähe von Socorro (New Mexico) ansässigen und aus 27 Schüsseln bestehenden Radioteleskop-Phalanx des National Radio Astronomy Observatory (NRAO), konnten die Kollegen der radioastronomischen Fraktion nunmehr den alten Verdacht erhärten.

Als sie ganz gezielt eine Auswahl von Seyfert-Galaxien studierten, die bereits zuvor im optischen Bereich des Lichtes untersucht worden waren, konzentrierten sie sich auf die Intensität der Radiostrahlung von Wasserstoffatomen. Dabei fanden die Forscher bei 17 von 18 Seyfert-Galaxien, wie sie in der aktuellen Ausgabe der Fachpublikation „The Astrophysical Journal" berichten, deutliche Hinweise auf enge Kontakte bzw. Interaktionen mit respektive zwischen den Galaxien, die sich besonders durch eine verzerrte Verteilung des Wasserstoffs innerhalb der Galaxien und lange Gasfilamente zwischen den Galaxien bemerkbar machten.

Sich beim Nachbarn bedienen

Erst im Radiobereich (rechts) zeigte sich, dass die beiden Galaxien interagieren. Im optischen Bereich (links) ist dagegen nichts dergleichen erkennbar. Credit: Kuo et al., NRAO/AUI/NSF

Beim Vergleich der von den optischen Teleskopen gesammelten alten Daten mit den aktuellen VLA-Messungen zeigte sich, dass die deutliche Mehrheit der Seyfert-Galaxien mit einer anderen Galaxie in engem Kontakt steht; andererseits ergaben vergleichende VLA-Beobachtungen von inaktiven Galaxien genau das Gegenteil. "Dieser Vergleich zeigt deutlich die Verbindung zwischen engen Begegnungen von Galaxien und der von dem Schwarzen Loch verursachten Aktivität in ihren Zentren", erklärt das Teammitglied Ya-Wen Tang von der National Taiwan University.

Als die Forscher ihr Augenmerk auf die Seyfert-Galaxie NGC 5548 richteten und dort die Verteilung des Wasserstoff-Gases untersuchten, fanden sie in der Tat den Quell des Übels: ein supermassives Schwarzes Loch, das zwei Nachbargalaxien anzapft. Dank seiner enormen Schwerkraft zieht das Schwarze Loch Gas und Staub in sein Inneres und setzt dabei starke Röntgenstrahlung frei. Nach Ansicht der Forscher könnte dieser Prozess erklären, warum Seyfert-Galaxien generell so hell strahlen. "Das VLA hat den Schleier gelüftet und offengelegt, was in diesen Galaxien wirklich passiert", erklärt Cheng-Yu Kuo von der University of Virginia in Charlottesville vom VLA-Team. "Schauen wir uns das Gas in diesen Galaxien näher an, zeigt sich eindeutig, dass sie sich bei ihren Nachbarn bedienen. Das unterscheidet sich auffallend von ihrem Erscheinungsbild im sichtbaren Licht."

Für Jeremy Lim vom „Institute of Astronomy and Astrophysics/Academia Sinica" (ASIAA) in Taiwan erweist sich eine detaillierte Analyse der Bilder von Wasserstoff-Gas in Seyfert-Galaxien als der künftig richtige Weg, um die größtenteils unsichtbaren Interaktionen solcher Galaxien in Zukunft noch besser darzustellen. Nicht zuletzt deshalb, da sich Seyfert-Galaxien im Radiobereich eben völlig anders präsentieren als im sichtbaren Bereich des Spektrums. "Unsere Resultate zeigen, dass Aufnahmen des Wasserstoffgases ein effizientes Instrument sind, um Schwerkraft-Wechselwirkungen zwischen Galaxien aufzudecken, die für uns sonst unsichtbar wären."

 

Näheres zu der Studie siehe: The Astrophysical Journal 2008 June 1, Vol. 679, No. 2: pp. 1094-1127 „ Prevalence of Tidal Interactions among Local Seyfert Galaxies: The Control Experiment" - Ya-Wen Tang, Cheng-Yu Kuo, Jeremy Lim, and Paul T. P. Ho (doi: 10.1086/587045) Preprints arXiv: arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0802/0802.4205v2.pdf

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