Mithilfe des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) haben Astronomen den ersten starken „galaxiengroßen“ Wind entdeckt, der von einem supermassereichen, von Schwarzen Löchern angetriebenen Quasar weht. Der starke Wind treibt Gas und Staub mit unglaublicher Geschwindigkeit aus seiner Galaxie und tötet so die Sternentstehung in seiner Muttergalaxie.
Dieser Quasar mit der Bezeichnung J1007+2115 ist so weit entfernt, dass man ihn nur 700 Millionen Jahre nach dem Urknall sehen kann – als das 13,8 Milliarden Jahre alte Universum gerade einmal etwa 5 % seines heutigen Alters hatte. Damit ist J1007+2115 zwar nur der drittfrüheste jemals gesehene Quasar, aber es ist der früheste jemals beobachtete Quasar, von dem ein starker, galaxiengroßer Wind ausgeht.
Die Ausflüsse dieses Quasars sind jedoch nicht nur wegen ihres Alters bemerkenswert. Die Winde von J1007+2115 erstrecken sich vom Schwarzen Loch an ihrer Quelle über unglaubliche 7.500 Lichtjahre, was etwa 25 nebeneinander aufgereihten Sonnensystemen entspricht. Die Materie, die sie jedes Jahr transportieren, entspricht 300 Sonnen mit Geschwindigkeiten, die der 6.000-fachen Lichtgeschwindigkeit entsprechen, sagten Forscher.
„Es ist der drittfrüheste und drittweiteste Quasar, der heute bekannt ist und von einem anwachsenden supermassereichen Schwarzen Loch angetrieben wird“, sagte Weizhe Liu, Leiter des Entdeckungsteams und Forscher an der University of Arizona, gegenüber Space.com. „Nach unserem Kenntnisstand ist dieser galaxiengroße, von einem Quasar angetriebene Wind derzeit der früheste bekannte.“
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Die Winde dieses zentralen, supermassereichen Schwarzen Lochs könnten sogar stark genug sein, um die Muttergalaxie, durch die sie mit 6.000-facher Schallgeschwindigkeit fegen, zu „töten“, indem sie ihr die Materie entziehen, die für die Geburt neuer Sterne erforderlich ist.
Wie supermassereiche Schwarze Löcher Wind bekommen
Es wird angenommen, dass alle großen Galaxien in ihrem Herzen ein supermassereiches Schwarzes Loch haben, dessen Masse millionen- und milliardenfach größer ist als die der Sonne. Aber nicht alle dieser Schwarzen Löcher treiben Quasare an, die hellsten Lichtquellen im Kosmos.
Das liegt daran, dass einige supermassereiche Schwarze Löcher nicht von großen Mengen an Gas und Staub umgeben sind, von denen sie sich ernähren könnten. Das supermassive Schwarze Loch im Herzen unserer eigenen Galaxie, Sagittarius A* (Sgr A*), ist beispielsweise ruhig und schwach.
Andere supermassive Schwarze Löcher sind von einer Fülle an Material umgeben, das in einer abgeflachten Wolke, einer sogenannten Akkretionsscheibe, um sie herum wirbelt und sie nach und nach ernährt. Der enorme Gravitationseinfluss des zentralen Schwarzen Lochs verursacht starke Reibung in den Akkretionsscheiben, erhitzt dieses Material und lässt es hell leuchten.
Diese als aktive galaktische Kerne (AGNs) bezeichneten Regionen sind so hell, dass sie das kombinierte Licht aller Sterne in der sie umgebenden Galaxie überstrahlen können. Wenn man diese Regionen aus großer Entfernung beobachtet, werden sie „Quasare“ genannt.
Die starke Strahlung, die von Akkretionsscheiben ausgeht, hat noch einen weiteren Effekt: Sie verdrängt Materie wie Gas und Staub aus der Umgebung des AGN. Diese Quasarwinde können auch Gas und Staub aus der größeren Galaxie, die den Quasar beherbergt, wegdrücken.
Mithilfe des JWST konnten die Forscher feststellen, dass sich das Material in den Quasarwinden von J1007+2115 mit unglaublichen 4,7 Millionen Meilen pro Stunde (7,6 Millionen km/h) bewegt. Wie Sie sich vorstellen können, transportieren solch starke und weitreichende Winde eine große Menge an Materie. Liu sagte, dass die Quasarwinde von J1007+2115 jedes Jahr Material mit einer Masse transportieren, die 300 Sonnen entspricht.
Die Galaxie, in der sich J1007+2115 befindet, ist reich an dichtem molekularem Gas und Staub, den Bausteinen von Sternen, wie das JWST zeigt. Die Galaxie bildet jedes Jahr Sterne mit einer Rate von etwa 80 bis 250 Sonnenmassen. Aber das Licht dieser Galaxie reist seit 13,1 Milliarden Jahren zu uns, was bedeutet, dass es jetzt wahrscheinlich ganz anders ist. Insbesondere dank dieser Quasarwinde hat die Starburst-Aktivität möglicherweise nicht lange angehalten.
Das Ausstoßen von Gas und Staub durch diese Quasarwinde wird auch die Nahrungsversorgung für das supermassereiche Schwarze Loch, das sie antreibt, unterbrechen. Dies bedeutet, dass möglicherweise auch das Wachstum des supermassereichen Schwarzen Lochs mit einer geschätzten Masse von einer Milliarde Sonnen gestoppt wurde.
„Der Wind drückt eine große Menge Gas nach außen“, sagte Liu. „Dies könnte die Sternentstehungsaktivität der Galaxie unterdrücken, die Gas benötigt, um Sterne zu bilden, und auch das Wachstum des supermassiven Schwarzen Lochs selbst, das ebenfalls die Akkretion von Gas benötigt.“
Dies könnte bedeuten, dass diese frühe Galaxie jetzt eine tote Galaxie ist und nicht viel wächst, da ihr sternbildendes Material entfernt und die Sternentstehung eingeschränkt wird.
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Das Team ist noch nicht fertig mit den Quasarwinden und der Untersuchung ihres Einflusses auf ihre Heimatgalaxien. Sie werden sie weiterhin jagen und möglicherweise sogar mehr entdecken, die weniger als eine Milliarde Jahre nach dem Urknall existierten.
„Unser Ziel ist es nun, nach weiteren solchen galaxiengroßen, von Quasaren angetriebenen Winden in der Region zu suchen
Sehr frühes Universum und lernen Sie ihre Eigenschaften als Population kennen“, schloss Liu.
Eine vorab gedruckte Version der Forschungsergebnisse des Teams ist im Papierarchiv arXiv verfügbar.
