Die Fermi-Blasen (rot) und die eROSITA-Blasen (cyan). (Predehl et al., Nature, 2020) Zwei Gruppen riesiger Blasen, die sich Tausende von Lichtjahren über und unter der Ebene der Milchstraße erstrecken, könnten trotz ihres erheblichen Größenunterschieds durch dasselbe Ereignis entstanden sein.
Sie werden Fermi-Blasen und eROSITA-Blasen genannt, und Astronomen glauben, dass sie das Ergebnis der Aktivität des Supermassereichen sind schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße, Sagittarius A*. Da eine Blasengruppe viel größer ist als die andere, ist nicht klar, ob sie gleichzeitig oder durch verschiedene Ereignisse entstanden sind.
Der Fermi-Blasen 2010 entdeckt und mit heißem Gas und Magnetfeldern gefüllt, die Gammastrahlung aussenden, erstrecken sich neun Kiloparsec (29.354 Lichtjahre) über und unter der galaktischen Ebene, was einer Gesamtgröße von 18 Kiloparsec entspricht. Sie haben auch ein Mikrowellen-Gegenstück, das sogenannte Mikrowellen-Gegenstück Dunst in der Mikrowelle .
Die eROSITA-Blasen, die Röntgenstrahlung aussenden, erstrecken sich etwa 14 Kiloparsec (45.661 Lichtjahre) in beide Richtungen vom galaktischen Zentrum, also insgesamt 28 Kiloparsec. Bei dieser Größe umhüllen sie die Fermi-Blasen vollständig.
Doch schon bevor das volle Ausmaß der eROSITA-Blasen entdeckt wurde, detailliert in einem Papier aus dem Jahr 2020 Wissenschaftler hielten es für wahrscheinlich, dass sie durch denselben Ausbruch verursacht wurden. Die beiden Blasengruppen haben bemerkenswert ähnliche Formen, was darauf hindeutet, dass sie auf irgendeine Weise miteinander verbunden sind.
Weil die Blasen vom galaktischen Zentrum ausgehen und weil ähnliche Blasen gesehen wurden in anderen Galaxien , ist es wahrscheinlich, dass die Fermi- und eROSITA-Blasen mit Sgr A* zusammenhängen und nicht mit einer verstärkten Sternentstehungsphase, bekannt als Starburst.
Ein Team von Astronomen unter der Leitung von Hsiang-Yi Karen Yang von der National Tsing Hua University in Taiwan hat numerische Simulationen verwendet, um die Aktivität supermassiver Schwarzer Löcher einzugrenzen, die die Blasen erzeugen könnten, wie wir sie sehen. Auswahl aus zwei möglichen Phänomenen – riesige Winde B. von Sgr A* oder astrophysikalischen Jets – die Forscher fanden heraus, dass astrophysikalische Jets plausibler sind.
„Vor der Entdeckung der eROSITA-Blasen wurde der physikalische Ursprung der Fermi-Blasen und des Mikrowellendunstes heftig diskutiert.“ Sie schreiben in ihre Arbeit .
„Wir zeigen, dass die neuen eROSITA-Daten entscheidende Informationen liefern, die es uns ermöglichen, diese beiden Szenarien zusätzlich einzuschränken, und dass die Kombination der Gamma-, Röntgen- und Mikrowellenbilder und -spektren stark darauf hindeutet, dass die Jet-Aktivität der Galaktik in der Vergangenheit der Fall war.“ Das schwarze Loch in der Mitte ist wahrscheinlich der Schuldige.“
Sgr A* ist jetzt ziemlich leise und strahlt nur das aus gelegentlicher Ausbruch . Es handelt sich nicht um das, was wir als aktiven galaktischen Kern bezeichnen; Das ist ein galaktisches supermassereiches Schwarzes Loch, das sich aktiv von Material aus a ernährt riesige Wolke um ihn herum . Dies ist ein chaotischer Prozess mit unterschiedlichen Abflüssen.
Der Raum um ein Schwarzes Loch wird sehr kompliziert. Material gelangt aus einer Akkretionsscheibe aus Material in das Schwarze Loch, die um das Schwarze Loch wirbelt, ähnlich wie Wasser um einen Abfluss wirbelt. Es wird angenommen, dass diese Jets aus einem kleinen Materialanteil erzeugt werden, der aus dem inneren Bereich der Akkretionsscheibe entlang magnetischer Feldlinien außerhalb des Ereignishorizonts geschleust wird.
Die magnetischen Feldlinien wirken wie ein Synchrotron und beschleunigen dieses Material in die Polarregionen des Schwarzen Lochs, wo es in Form unglaublich schneller Strahlen ionisierten Plasmas in den Weltraum geschleudert wird. Diese Düsen können explodieren ziemlich weit weg in den Raum oberhalb und unterhalb der galaktischen Ebene.
Die Simulation von Yang und ihrem Team ging davon aus, dass Sgr A* vor etwa 2,6 Millionen Jahren aktiv war und etwa 100.000 Jahre lang Jets in den Weltraum schoss und in das interstellare Medium vordrang galaktischer Halo .
Diese Annahmen reproduzierten genau Blasengruppen, die den beobachteten Fermi- und eROSITA-Blasen sehr ähnlich waren.
Die Simulation mit Gammastrahlenblasen in Lila und Röntgenstrahlen in Blau. (Yang et al., Nat. Astron., 2022)
Der große Druckkontrast zwischen den Jets und dem umgebenden Gas des interstellaren Mediums führte dazu, dass sich die Jets zu einem Paar „Kokons“ oder „Blasen“ ausdehnten, ähnlich den Radioblasen, die in Galaxienhaufen beobachtet werden, fanden die Forscher heraus.
„Heute sind die Kokons gewachsen und haben eine Höhe von etwa 7,5 Kiloparsec über der galaktischen Ebene erreicht.“ „Die Elektronen der kosmischen Strahlung in den Kokons, die vom galaktischen Zentrum transportiert wurden, interagieren mit dem interstellaren Strahlungsfeld und leuchten im Gammastrahlenband als die beobachteten Fermi-Blasen“, Sie schreiben in ihre Arbeit .
„Die gleiche Energiezufuhr durch das Schwarze Loch und die anschließende Ausdehnung des Kokons drückten das Gas innerhalb des galaktischen Halos mit Überschallgeschwindigkeit vom galaktischen Halo weg und bildeten einen sich nach außen ausbreitenden Schock.“ An der Schockfront führte die Kompression des Gases zu einem Anstieg der lokalen Gasdichte, was zu einer verstärkten thermischen Bremsstrahlung führte ( Bremsen ) Emission im Röntgenband manifestiert sich als eROSITA-Blasen.'
Aufgrund der hohen Staubkonzentration ist das galaktische Zentrum nur schwer zu erkennen. Wenn die Blasen vor etwa 2,6 Millionen Jahren durch Jets erzeugt wurden, gibt uns dies einige Hinweise auf ihre Geschichte. Das Modell des Teams legt nahe, dass Magnetfelder und Strahlung zum Zeitpunkt des Starts der Jets unterdrückt wurden. Die Untersuchung der Mechanismen, durch die dies geschehen könnte, könnte Gegenstand einer zukünftigen Analyse sein.
„Zukünftige Untersuchungen werden die Auswirkungen dieses energetischen Feedbacks auf die Entwicklungsgeschichte unserer Milchstraße weiter aufdecken“, schreiben die Forscher , „und wie dieses Ereignis in das Gesamtbild der Koevolution von supermassereichen Schwarzen Löchern und Galaxien im Universum passt.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturastronomie .