ALMA und MUSE entdecken galaktischen Springbrunnen

Beobachtungen mit ALMA und dem MUSE-Spektrografen am VLT der ESO haben eine gewaltige Fontäne aus molekularem Gas aufgedeckt. Sie wird von einem Schwarzen Loch in dem hellsten Mitglied des Galaxienhaufens Abell 2597 gespeist. Der vollständige Kreislauf aus Einfall und Ausfluss, der diese riesige kosmische Quelle antreibt, wurde noch nie zuvor in ein und demselben System beobachtet.

Gerade einmal eine Milliarde Lichtjahre entfernt befindet sich in einem vergleichsweise nahen Galaxienhaufen, bekannt als Abell 2597, ein gigantischer galaktischer Springbrunnen. Angetrieben durch ein massereiches Schwarzes Loch im Herzen einer fernen Galaxie wird ein riesiger Strom aus kaltem, molekularem Gas ins All geschleudert, welches in Form einer intergalaktischen Sintflut zurück auf das Schwarze Loch nieder regnet. Einfall und Ausfluss einer solch großen kosmischen Fontäne sind bisher noch nie gemeinsam beobachtet worden. Sie hat ihren Ursprung in den innersten 100.000 Lichtjahren der hellsten Sterneninsel des Abell 2597-Haufens.

„Dies ist möglicherweise das erste System, in dem wir klare Beweise für den Zustrom von kaltem molekularem Gas in Richtung des Schwarzen Lochs zusammen mit ihrem Ausstoß oder Auswurf durch Jets finden, die das Schwarze Loch auslöst“, erklärte Grant Tremblay vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und ehemaligen ESO-Fellow, der diese Studie leitete. „Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum dieser riesigen Galaxie wirkt wie eine mechanische Pumpe in einem Springbrunnen.“

Tremblay und seine Mitarbeiter nutzten ALMA, um die Position und Bewegung von Kohlenmonoxidmolekülen (CO) im Nebel zu erfassen. Diese kalten Moleküle mit Temperaturen von bis zu minus 250-260°C fallen nach innen auf das Schwarze Loch zu. Die Arbeitsgruppe nutzte auch Daten des Instruments MUSE des Very Large Telescope (VLT) der ESO, um wärmeres Gas zu untersuchen, das in Form von Jets, d. h. eng fokussierte Materieströme, nahe dem Schwarzen Loch ausgestoßen wird.

„Die sehr sorgfältige gekoppelte Analyse des Objekts mit Daten von ALMA und MUSE ist einzigartig“, erklärte Tremblay. „Die beiden Instrumente ergeben eine unglaublich starke Kombination.“

Gemeinsam ergeben die beiden Datensätze ein vollständiges Bild dieses Vorgangs: Kaltes Gas fällt auf das Schwarze Loch zu, wird in seiner Nähe stark beschleunigt und durch die Reibung extrem aufgeheizt, bevor es unter hoher Geschwindigkeit mittels Jets als glühendes Plasma in die Leere des Alls zurückgeschleudert wird. Diese Jets schießen aus dem Schwarzen Loch wie ein beeindruckender galaktischer Springbrunnen hervor. Ohne jegliche Hoffnung, dem gravitativen Griff der Galaxie entkommen zu können, kühlt sich das Plasma ab und regnet schließlich zurück auf das Schwarze Loch nieder, wo der Kreislauf erneut beginnt.

Diese beispiellose Beobachtung könnte Aufschluss über den Lebenszyklus von Galaxien geben. Die Wissenschaftler vermuten, dass dieser Prozess nicht nur verbreitet zu sein scheint, sondern auch wesentlich für das Verständnis der Galaxienbildung sein könnte. Während Einfall und Auswurf von kaltem molekularem Gas bereits früher beobachtet wurden, ist dies das erste Mal, dass beide Phänomene innerhalb ein und desselben Systems gefunden wurden. Dies ist der Beleg dafür, dass sie Teil desselben gewaltigen Prozesses sind.

Abell 2597 befindet sich im Sternbild Wassermann und ist nach seiner Mitgliedschaft im Abell-Katalog der galaxienreichen Haufen benannt. Der Katalog enthält ebenfalls den Fornax-Haufen, den Herkules-Haufen und den Pandora-Haufen.