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Schwarze Löcher könnten Sternbildung mit anstoßen
Kosmisches Wechselspiel: Aktive supermassereiche Schwarze Löcher gelten vor allem als Störenfriede der Sternbildung. Doch in neun nahen Seyfertgalaxien liegt junge Sternbildung auffällig neben Strahlungskegeln und schnellen Schockzonen der aktiven Kerne. Das gemeinsame Muster deutet darauf hin, dass Schwarze Löcher ihre Wirtsgalaxien vielfältiger prägen als nur durch das Unterdrücken neuer Sterne.
Cambridge (U.S.A.). Wenn Materie auf ein supermassereiches Schwarzes Loch fällt, kann der aktive Galaxienkern gewaltige Mengen Strahlung und Teilchen in seine Umgebung schicken. Solche Rückkopplung kann Gas aufheizen oder aus der Galaxie treiben und damit Sternbildung bremsen. Sie kann Gas aber auch verdichten, doch wie häufig beide Effekte gemeinsam auftreten, ist bislang schwer zu trennen.
Genau hier setzt eine neue Analyse von neun nahen Seyfertgalaxien an, denn Seyfertgalaxien besitzen einen aktiven Kern, dessen Schwarzes Loch gerade Materie aufnimmt. Peixin Zhu und Kollegen haben die räumliche Verteilung von Sternbildung, vom aktiven Kern angeregtem Gas und schnellen Schocks untersucht. Dafür kombinierten sie optische Spektroskopie mit dem Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope, Röntgendaten des Chandra-Observatoriums und ein dreidimensionales Diagnoseverfahren.
In allen neun Galaxien fanden die Forscher Ringe oder bogenförmige Regionen mit Sternbildung in etwa 0,8 bis sechs Kiloparsec Entfernung vom Zentrum. Gleichzeitig zeichneten sich ionisierte Kegel ab, die vom aktiven Kern nach außen weisen. In acht der neun Systeme ließ sich zusätzlich eine zentrale Zone mit schnellem, stoßangeregtem Gas abgrenzen.
Besonders anschaulich ist NGC 1386: Dort liegt ein Sternbildungsring rund 800 Parsec vom Zentrum entfernt. Ein vom aktiven Kern angeregter Kegel ragt weiter nach außen, während die Schockzone seitlich dazu sitzt. Ein ähnliches Grundmuster taucht in der Stichprobe immer wieder auf, allerdings mit unterschiedlichen räumlichen Ausdehnungen.
Das dreidimensionale Verfahren trennt die drei Anregungsquellen anhand charakteristischer Spektrallinien und bezieht zusätzlich die Streuung der Gasgeschwindigkeiten ein. Das ist wichtig, weil Schocks in herkömmlichen zweidimensionalen Diagnosen ähnlich aussehen können wie vom aktiven Kern ionisiertes Gas, während die Chandra-Daten die räumliche Zuordnung unabhängig stützten.
Auch im Röntgenlicht zeigte sich eine passende Geometrie, denn Regionen, in denen die optischen Daten Schocks verorten, fallen bevorzugt mit heißem Gas quer zum Strahlungskegel zusammen. Diese unabhängige Kontrolle macht es weniger wahrscheinlich, dass die Anordnung nur ein Artefakt des optischen Diagnoseverfahrens ist. Bei NGC 424 war der Chandra-Datensatz allerdings zu flach für denselben Röntgenvergleich.
„Wir sehen, dass Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien nicht nur Materie verschlingen, sondern ihre Umgebung aktiv umgestalten“, erklärt Lisa Kewley vom Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian.
Besonders auffällig ist die Geometrie: Die Schockzonen liegen meist quer zu den vom Schwarzen Loch ausgehenden ionisierten Kegeln. Nach den Modellen passt dieses Muster zu Wechselwirkungen zwischen Jets und dem interstellaren Medium, wobei in einzelnen Galaxien zusätzlich Winde des aktiven Kerns beteiligt sein könnten.
Die räumliche Nachbarschaft von Schocks, Strahlungskegeln und Sternbildungsringen macht eine positive Rückkopplung plausibel. Sie wäre das Gegenstück zu der bekannteren negativen Rückkopplung, bei der ein aktiver Kern sternbildendes Gas aufheizt oder verdrängt. Die neue Arbeit zeigt jedoch zunächst ein wiederkehrendes räumliches Muster und keinen direkten Nachweis, dass die Aktivität des Schwarzen Lochs die beobachteten Sterne ausgelöst hat.