Astronomen "verblüfft" von der Entdeckung mysteriöser Filamente im Zentrum der Milchstraße

Astrophysiker haben eine neue Gruppe horizontaler Filamente entdeckt, die vom supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße ausstrahlen. Diese Entdeckung könnte weitere Erkenntnisse über die Spin-Eigenschaften und die Orientierung der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs liefern und damit unser Verständnis des Kerns der Galaxie vertiefen. (Künstlerische Darstellung kosmischer Filamente.)

MeerKAT-Bild des galaktischen Zentrums mit farbcodierten Positionswinkeln aller Filamente. Credit: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

Ein internationales Team von Astrophysikern hat etwas völlig Neues im Zentrum der Milchstraße entdeckt.

In den frühen 1980er Jahren entdeckte Farhad Yusef-Zadeh von der Northwestern University riesige, eindimensionale Filamente, die vertikal nahe Sagittarius A* (dem zentralen supermassiven Schwarzen Loch unserer Galaxie) hängen. Nun haben Yusef-Zadeh und seine Kollegen eine neue Population von Filamenten entdeckt - aber diese Fäden sind viel kürzer und liegen horizontal oder radial und breiten sich wie Speichen eines Rades vom Schwarzen Loch aus.

Obwohl die beiden Filament-Populationen mehrere Ähnlichkeiten aufweisen, geht Yusef-Zadeh davon aus, dass sie unterschiedlicher Herkunft sind. Während sich die vertikalen Filamente durch die Galaxie ziehen und bis zu 150 Lichtjahre hoch aufragen, sehen die horizontalen Filamente eher wie die Punkte und Striche des Morse-Codes aus und markieren nur eine Seite des Sagittarius A*.

Die Studie wurde am 2. Juni in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.

MeerKAT-Bild des galaktischen Zentrums mit farbkodierten Positionswinkeln der langen, vertikalen Filamente. Credit: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

"Es war eine Überraschung, plötzlich eine neue Population von Strukturen zu finden, die in Richtung des Schwarzen Lochs zu zeigen scheinen", sagte Yusef-Zadeh. "Ich war tatsächlich erstaunt, als ich diese gesehen habe. Wir mussten viel Arbeit leisten, um herauszufinden, dass wir uns nicht irren. Und wir stellten fest, dass diese Filamente nicht zufällig sind, sondern mit dem Ausfluss unseres Schwarzen Lochs verbunden zu sein scheinen. Durch ihre Untersuchung könnten wir mehr über die Spin-Eigenschaften und die Orientierung der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs lernen. Es ist befriedigend, wenn man inmitten eines chaotischen Feldes im Kern unserer Galaxie Ordnung findet."

Als Experte für Radioastronomie ist Yusef-Zadeh Professor für Physik und Astronomie am Weinberg College of Arts and Sciences der Northwestern University und Mitglied von CIERA.

MeerKAT-Bild des galaktischen Zentrums mit farbkodierten Positionswinkeln der kurzen, radialen Filamente. Credit: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

Die neue Entdeckung mag überraschend kommen, aber Yusef-Zadeh ist kein Fremder für das Aufdecken von Mysterien im Zentrum unserer Galaxie, die 25.000 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Die jüngste Studie baut auf vier Jahrzehnten seiner Forschung auf. Nachdem er in den 1980er Jahren gemeinsam mit Mark Morris und Don Chance die vertikalen Filamente entdeckt hatte, entdeckten Yusef-Zadeh und Ian Heywood und ihre Kollegen später zwei gigantische, radioemittierende Blasen in der Nähe von Sagittarius A*. Dann offenbarte Yusef-Zadeh (in Zusammenarbeit mit Heywood, Richard Arent und Mark Wardle) in einer Reihe von Publikationen im Jahr 2022 fast 1.000 vertikale Filamente, die paarweise und in Clustern erscheinen und oft dicht nebeneinander oder gleichmäßig nebeneinander wie Saiten auf einer Harfe gestapelt sind.

"Ich war tatsächlich erstaunt, als ich diese gesehen habe. Wir mussten viel Arbeit leisten, um herauszufinden, dass wir uns nicht irren." - Farhad Yusef-Zadeh, Astrophysiker

Yusef-Zadeh führt die Flut neuer Entdeckungen auf die verbesserte Radioastronomietechnologie zurück, insbesondere auf das MeerKAT-Teleskop des South African Radio Astronomy Observatory (SARAO). Um die Filamente zu lokalisieren, verwendete Yusef-Zadehs Team eine Technik, um den Hintergrund zu entfernen und das Rauschen aus den MeerKAT-Bildern zu glätten, um die Filamente von den umgebenden Strukturen zu isolieren.

"Die neuen MeerKAT-Beobachtungen waren ein Spielveränderer", sagte er. "Der Fortschritt der Technologie und die dedizierte Beobachtungszeit haben uns neue Informationen gegeben. Es ist wirklich eine technische Leistung der Radioastronomen."

Nach Jahrzehnten der Erforschung der vertikalen Filamente war Yusef-Zadeh schockiert, als er ihre horizontalen Pendants entdeckte, die er auf etwa 6 Millionen Jahre schätzt. "Wir haben immer über vertikale Filamente und ihre Herkunft nachgedacht", sagte er. "Ich bin es gewohnt, dass sie vertikal sind. Ich habe nie über mögliche andere in der Ebene nachgedacht."

Obwohl beide Populationen aus eindimensionalen Filamenten bestehen, die mit Radiowellen sichtbar gemacht werden können und sich mit Aktivitäten im Zentrum der Galaxie zu befassen scheinen, enden die Ähnlichkeiten dort.

Ein schematisches Diagramm des Ausflusses von Sagittarius A*, dem zentralen supermassiven Schwarzen Loch der Milchstraße. Credit: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

The vertical filaments are perpendicular to the galactic plane; the horizontal filaments are parallel to the plane but point radially toward the center of the galaxy where the black hole lies. The vertical filaments are magnetic and relativistic; the horizontal filaments appear to emit thermal radiation. The vertical filaments encompass particles moving at speeds near the speed of light; the horizontal filaments appear to accelerate thermal material in a molecular cloud. There are several hundred vertical filaments and just a few hundred horizontal filaments. And the vertical filaments, which measure up to 150 light-years high, far surpass the size of the horizontal filaments, which measure just 5 to 10 light-years in length. The vertical filaments also adorn space around the nucleus of the galaxy; the horizontal filaments appear to spread out to only one side, pointing toward the black hole.

“One of the most important implications of radial outflow that we have detected is the orientation of the accretion disk and the jet-driven outflow from Sagittarius A* along the galactic plane,” Yusef-Zadeh said.

The new discovery is filled with unknowns, and Yusef-Zadeh’s work to unravel its mysteries has just begun. For now, he can only consider a plausible explanation of the new population’s mechanisms and origins.

“We think they must have originated with some kind of outflow from an activity that happened a few million years ago,” Yusef-Zadeh said. “It seems to be the result of an interaction of that outflowing material with objects near it. Our work is never complete. We always need to make new observations and continually challenge our ideas and tighten up our analysis.”