Aktive Schwarze Löcher könnten die Sternentstehung mitgestalten

Aktiv Materie aufsammelnde supermassereiche Schwarze Löcher sind womöglich nicht bloß Bremsen der Sternentstehung. Eine Untersuchung von neun nahen Seyfert-Galaxien zeigt ein wiederkehrendes räumliches Muster: Ringe oder Bögen, in denen Sterne entstehen, kegelförmige Bereiche von durch den aktiven Galaxienkern ionisiertem Gas und schnelle Schocks nahe dem Zentrum. Das spricht dafür, dass die Aktivität des Schwarzen Lochs und die Geburt neuer Sterne eng miteinander verflochten sein können. 12

Das Muster in neun Galaxien

Die Forschenden fanden Sternentstehungsringe oder -bögen in projizierten Entfernungen von etwa 0,8 bis 6 Kiloparsec vom Zentrum der neun Galaxien. Zugleich kartierten sie kiloparsecgroße, häufig doppelkegelförmige Zonen aus Gas, das durch den aktiven Galaxienkern ionisiert wird. In den Zentralbereichen dominierten schnelle Schocks; reine Schockregionen umgaben diese zentralen Zonen und tauchten stellenweise auch innerhalb der Sternentstehungsringe auf. 2

Ein aktiver Galaxienkern, kurz AGN, ist die helle Zentralregion einer Galaxie, deren Energie aus Materie stammt, die in Richtung eines supermassereichen Schwarzen Lochs fällt. Strahlung, Winde oder Jets aus diesem Umfeld können Energie an das umgebende Gas übertragen. Die neuen Karten zeigen: Dieser Prozess läuft nicht weit entfernt von der Sternentstehung ab, sondern in Gasstrukturen, in denen gleichzeitig neue Sterne entstehen. 12

Wie sich Sterne, AGN und Schocks unterscheiden lassen

Das ist methodisch anspruchsvoll: Von jungen Sternen angeregtes Gas, durch AGN-Strahlung ionisiertes Gas und Schocks können in optischen Spektren ähnliche Emissionslinien erzeugen. Das Team nutzte deshalb räumlich aufgelöste Beobachtungen des Instruments MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO. Dazu kam ein theoretisches dreidimensionales Diagnoseverfahren, das die drei Anregungsquellen voneinander trennen soll. 14

So ließ sich kartieren, an welchen Orten jeweils Sternentstehung, AGN-Strahlung oder Schocks die Emission dominieren – statt das Licht aus dem Galaxienzentrum als ein einziges, gemischtes Signal zu behandeln. Tiefe Röntgenbeobachtungen des Chandra-Observatoriums lieferten zusätzliche, unabhängige Unterstützung für die Deutung der zentralen AGN-Strukturen. 12

Warum die Ausrichtung der Schocks auffällt

Die schnellen Schockregionen im Zentrum erstreckten sich häufig senkrecht zu den Ionisations-Doppelkegeln des AGN. Diese wiederkehrende Geometrie ist bedeutsam: Sie passt zu einer Wechselwirkung zwischen der vom AGN eingetragenen Energie und dem interstellaren Gas – und weniger zu einer zufälligen Überlagerung unabhängiger Strukturen entlang der Sichtlinie. 2

Die Autorinnen und Autoren halten die Anordnung grundsätzlich für vereinbar mit Wechselwirkungen zwischen Jets und interstellarem Medium. Sind Jets schwach, könnten auch Wechselwirkungen zwischen Winden und Gas eine wichtige Rolle spielen. Schocks können Gas dabei aufwühlen und verdichten – und damit die Bedingungen verändern, unter denen Sterne entstehen. 1

Kein einfacher Fall von „Schwarzes Loch erzeugt Sterne“

In einer vereinfachten Vorstellung unterdrückt AGN-Rückkopplung die Sternentstehung: Das aktive Schwarze Loch heizt Gas auf oder treibt es aus der Galaxie hinaus. Die neue Studie widerlegt diesen Mechanismus nicht und zeigt auch nicht, dass AGN grundsätzlich Sternentstehung auslösen. Die beobachteten Ringe können laut den Forschenden ebenso dadurch entstehen, dass sich Gas an Resonanzen ansammelt, die von einem galaktischen Balken verursacht werden. 1

Stattdessen zeichnen die Daten ein bedingtes, komplexeres Bild: Gas kann das Schwarze Loch speisen; der AGN kann daraufhin die Galaxie ausleuchten sowie Ausströmungen oder Schocks antreiben; diese Prozesse können das umgebende Gas umverteilen, verdichten oder stören. Je nach lokalen Bedingungen kann Sternentstehung dadurch gedämpft werden, parallel stattfinden oder möglicherweise begünstigt werden. 12

Die zentrale Lehre ist daher auch eine methodische: Ob ein AGN Sternentstehung unterdrückt oder fördert, lässt sich nur beurteilen, wenn Schockanregung sauber sowohl von der Anregung durch junge Sterne als auch von AGN-Photoionisation getrennt wird. Andernfalls kann die Rolle der Rückkopplung des Schwarzen Lochs falsch eingeschätzt werden. 14