Im Zentrum unserer Milchstraße befindet sich ein Schwarzes Loch von gigantischen Ausmaßen. Die starke Radioquelle Sagittarius A* vereint rund 4,3 Millionen Sonnenmassen in sich und hat nach aktuellen Beobachtungen einen Durchmesser von rund 60 Millionen Kilometern. Säße es am Platz unserer Sonne, würde es bis über die Merkur-Umlaufbahn hinausreichen. Mittlerweile geht man davon aus, dass annähernd alle Spiral- und elliptischen Galaxien ein solches supermassives Schwarzes Loch besitzen. Die Auswertung von Gammastrahlen ferner Galaxien hat nun jedoch gezeigt, dass es womöglich einige Sterneninseln gibt, die gleich zwei solcher enormen Schwerkraftmonster beherbergen.
Ein internationales Team von Astronomen hat seine neuen Erkenntnisse über die periodischen Gammastrahlenemission von elf aktiven Galaxien im "Astrophysical Journal" vorgestellt. Wie die Wissenschafter anhand der Daten aus jahrzehntelangen Beobachtungen nachweisen konnten, wiederholen sich diese Emissionen im Durchschnitt fast alle zwei Jahre. Die Studie ebnet damit den Weg für zukünftige Untersuchungen von außergewöhnlichen Galaxien, die zwei supermassive Schwarze Löcher in ihren Zentren besitzen könnten.
"Wir haben herausgefunden, dass einige dieser supermassiven Schwarzen Löcher, die als aktive galaktische Kerne bekannt sind, Teilchen in gebündelten Strahlen – so genannten Jets – bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen", erklärt Pablo Peñil, Hauptautor der Studie von der Universität Complutense Madrid in Spanien. Die Emission dieser Jets lasse sich im gesamten elektromagnetischen Spektrum nachweisen, aber der größte Teil ihrer Energie werde in Form von Gammastrahlen freigesetzt, die mit dem Weltraumteleskop Fermi-LAT der Nasa beobachtet wurden.
Komplizierte Suche nach Mustern
Aktive galaktische Kerne zeichnen sich durch abrupte und unvorhersehbare Helligkeitsschwankungen aus. Muster darin zu erkennen, ist nicht einfach: "Die Identifikation regelmäßiger Muster in diesen Gammastrahlen ist so, als ob man auf die stürmische See schaut und nach dem winzigen regelmäßigen Wellenmuster sucht, das beispielsweise durch die Passage eines kleinen Bootes verursacht wird. Es wird sehr schnell sehr anspruchsvoll", so Peñil.
Dank eines Jahrzehnts von Fermi-LAT-Beobachtungen war das von Peñil geleitete Team in der Lage, die Wiederholung von Gammastrahlensignalen über Zyklen von einigen Jahren zu identifizieren. "Unsere Studie stellt die bisher vollständigste Arbeit über die Suche nach der Periodizität von Gammastrahlen dar. Sie wird dazu beitragen, Erkenntnisse über den Ursprung der rätselhaften Helligkeitsänderungen zu gewinnen", sagte Alberto Domínguez, Koautor der Arbeit. "Wir haben neun Jahre ununterbrochene LAT-All-Sky-Beobachtungen verwendet. Unter den mehr als zweitausend analysierten aktiven galaktischen Kernen zeichnet sich nur etwa ein Dutzend durch diese faszinierende zyklische Emission aus".
11 neue Quellen und 13 potenzielle Kandidaten
"Früher waren nur zwei Blazare bekannt, die periodische Veränderungen in ihrer Gammastrahlen-Aktivität zeigen. Dank unserer Studie können wir sagen, dass dieses Verhalten auch bei anderen elf Quellen auftritt", sagt Sara Buson von der Julius-Maximilians-Universität Würzburg. "Darüber hinaus fand unsere Studie weitere dreizehn Galaxien mit Hinweisen auf zyklische Emission, aber um dies definitiv zu bestätigen, müssen wir warten, bis Fermi-LAT weitere Daten sammelt". Nach Aussagen der Astrophysikerin stellt diese Vergrößerung der begrenzten Stichprobe periodischer Gammastrahlen-Emitter einen wichtigen Fortschritt für das Verständnis der zugrunde liegenden physikalischen Prozesse in diesen Galaxien dar.
Mit seiner Studie hat das Team den ersten schwierigen Schritt zur Identifizierung einer großen Anzahl von Galaxien geschafft, die über Jahre hinweg periodisch emittieren, und versucht zu klären, was dieses periodische Verhalten in diesen galaktischen Kernen hervorruft. "Der nächste Schritt wird die Vorbereitung von Beobachtungskampagnen mit anderen Teleskopen sein, um diese Galaxien genau zu verfolgen und hoffentlich die Gründe für diese überzeugenden Beobachtungen zu entschlüsseln", sagt Marco Ajello von der Clemson University in South Carolina, USA.
Vielleicht zwei supermassereiche Schwarze Löcher
In der Diskussion sind mehrere Möglichkeiten. Diese reichen von Leuchtturmeffekten, die von den Jets erzeugt werden, bis hin zu Modulationen im Materiestrom zum Schwarzen Loch. Ein weiterer Lösungsansatz geht davon aus, dass die Periodizität durch ein Paar Supermassiver Schwarzer Löcher erzeugt wird, die umeinander rotieren. "Das Verständnis der Beziehung dieser Schwarzen Löcher mit ihrer Umgebung wird für ein vollständiges Bild der Galaxienentstehung von wesentlicher Bedeutung sein", so Ajello. (red, 29.6.2020)