Schwarze Löcher: Nicht Zerstörer sondern Beschützer

Die künstlerische Darstellung zeigt bipolare Gasstrahlen, die von einem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum einer Galaxie ausgehen. Urheber: ESA/Hubble, L. Calçada (ESO)

Eine Studie hat enthüllt, dass Galaxien einen regulierenden Mechanismus besitzen, der ähnlich wie ein Herz und Lungen funktioniert und ihr Wachstum durch die Begrenzung der Gasabsorption steuert.

Dieser Mechanismus, der ein supermassives Schwarzes Loch und seine Strahlungsemissionen einbezieht, verhindert, dass Galaxien zu schnell expandieren, gewährleistet ihre Langlebigkeit und verhindert ein vorzeitiges Altern zu "Zombie"-Galaxien.

Galaxien vermeiden ein frühes Ableben, weil sie ein "Herz und Lungen" haben, die effektiv ihre "Atmung" regulieren und verhindern, dass sie außer Kontrolle geraten, deutet eine neue Studie an.

Wenn das nicht der Fall wäre, hätte das Universum viel schneller gealtert als es tatsächlich getan hat, und alles, was wir heute sehen würden, wären riesige "Zombie"-Galaxien voller abgestorbener und sterbender Sterne.

Dies geht aus einer neuen Studie hervor, die in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde und eines der großen Mysterien des Universums untersucht - warum Galaxien nicht so groß sind, wie Astronomen erwarten würden.

Etwas scheint ihr enormes Potenzial zu dämpfen, indem die Menge des aufgenommenen Gases begrenzt wird, das in Sterne umgewandelt werden soll. Statt endlos zu wachsen, widersetzt sich etwas im Inneren dem, was der unvermeidliche Zug der Schwerkraft sein sollte.

Ein Clip zeigt einen Überschallstrahl, der durch Impulse von seinem "Herzen", dem Schwarzen Loch, eine "Luftbalg-ähnliche Aktion" erzeugt, wodurch er sich ausdehnt und zusammenzieht, "wie eine mit Luft gefüllte Lunge", "warme Luft" (Druckwellen) in seine Umgebung ausatmet. Die Achsen des Graphen sind nicht-dimensionale Distanzskalen. Urheber: C Richards/MD Smith/Universität von Kent

Jetzt glauben Astrophysiker der Universität von Kent, dass sie das Geheimnis enthüllt haben könnten. Sie schlagen vor, dass Galaxien tatsächlich kontrollieren könnten, wie schnell sie wachsen, indem sie "atmen".

In ihrer Analogie verglichen die Forscher das supermassive Schwarze Loch im Zentrum einer Galaxie mit ihrem Herzen und die beiden bipolaren Überschallstrahlen aus Gas und Strahlung mit Atemwegen, die ein Paar Lungen versorgen.

Impulse vom Schwarzen Loch - oder "Herz" - können dazu führen, dass Stoßfronten der Strahlen entlang beider Strahlachsen hin und her oszillieren, ähnlich wie das Zwerchfell im menschlichen Körper sich in der Brusthöhle nach oben und unten bewegt, um beide Lungen aufzublasen und zu entleeren.

Dadurch kann Energie der Strahlen weit in das umgebende Medium übertragen werden, so wie wir warme Luft ausatmen, was zu einer Verlangsamung der Gasakkretion und des Wachstums der Galaxie führt.

Zwei verschiedene Beispiele der Simulation einer Seite von symmetrischen bipolaren Strahlen, bei denen Druckwellen sich im extragalaktischen Medium ausbreiten. Hier werden Druckschwankungen mit einer rot-temperaturfarbenen Skala gezeigt (dunkel=niedriger Druck, hell=hoher Druck). Jede Strahl tritt von links mit einem Druck ein, der schnell abfällt, während sie gegen das umgebende Medium drückt. Die Achsen sind nicht-dimensionale Distanzskalen. Urheber: C Richards/MD Smith/Universität von Kent

Der Doktorand Carl Richards entwickelte die Theorie, nachdem er neue, bisher nie zuvor angewandte Simulationen erstellt hatte, um die Rolle von Überschallstrahlen bei der Hemmung des Galaxiewachstums zu untersuchen.

Dabei wurden dem Schwarzen Loch "Herz" erlaubt zu pulsen und die Strahlen waren bei hohem Druck - ähnlich wie eine Form von Hypertonie, wenn man den Vergleich auf den menschlichen Körper ausdehnt.

Dies veranlasste die Strahlen dazu, "wie ein Luftbalg zu agieren", sagte er, indem sie Schallwellen "wie Wellen auf der Oberfläche eines Teichs" aussenden.

Die Phänomene ähneln dem irdischen Äquivalent von Schall- und Schockwellen, die beim Öffnen einer Champagnerflasche, dem Quietschen eines Autos, Raketenabgasen und dem Durchstechen von druckbeaufschlagten Behältern entstehen.

Die Schallwellen (Wellen) im heißen Gas, das den Perseus-Cluster füllt, sind in dieser künstlerischen Darstellung zu sehen. Man geht davon aus, dass sie durch von Jets eines supermassiven Schwarzen Lochs (heller weißer Fleck) im Zentrum der Galaxie erzeugte Hohlräume erzeugt wurden. Urheber: NASA/NASA/CXC/M.Weiss

"Wir erkannten, dass es irgendeine Möglichkeit geben müsste, wie die Strahlen den Körper - das umgebende Gas der Galaxie - unterstützen könnten, und das haben wir in unseren Computersimulationen entdeckt", sagte Richards.

"Das unerwartete Verhalten wurde aufgedeckt, als wir die Computersimulationen von hohem Druck analysierten und dem Herzen erlaubten zu pulsen.

"Das führte zu einem Strom von Impulsen in die Strahlen mit hohem Druck, die ihre Form änderten als Folge der luftbalgähnlichen Aktion der oszillierenden Schockfronten der Strahlen".

Diese überdruckbeaufschlagten Strahlen dehnten sich effektiv "wie luftgefüllte Lungen" aus, sagten die Forscher.

Dabei übertrugen sie Schallwellen in die umgebende Galaxie in Form einer Serie von Druckwellen, die dann das Wachstum der Galaxie unterdrückten.