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Kosmischer „Violinschlüssel“ könnte durch Galaxienhaufen-Kollision entstanden sein
Ein Violinschlüssel aus Radiowellen: Hinter dem staubigen Band unserer Milchstraße verbirgt sich eine etwa 2,5 Millionen Lichtjahre große Struktur. Röntgen- und Radiobeobachtungen zeigen, dass sie zu einem gewaltigen, offenbar kollidierenden Galaxienhaufen gehört. Wahrscheinlich wurde dort längst verblasstes Plasma eines früheren Ausbruchs an einem supermassereichen Schwarzen Loch wieder sichtbar.
Bologna (Italien). Das ungewöhnliche Gebilde trägt den Namen „Treble Clef“, auf Deutsch Violinschlüssel. Auf Radiobildern zeichnen zahlreiche dünne, geschwungene Fäden eine Form, die tatsächlich an das musikalische Zeichen erinnert. Doch statt Schallwellen sind dort energiereiche Elektronen und Magnetfelder am Werk, deren Radiostrahlung quer durch den Kosmos zu uns gelangt.
Lange blieb unklar, woher diese Radiowellen stammen. Die Quelle liegt in einer Blickrichtung, in der sich die stern- und staubreiche Ebene unserer Milchstraße vorschiebt. Ihre Strukturen verdecken das dahinterliegende Universum im sichtbaren Licht. Einst wurde das Objekt sogar als möglicher Pulsar eingestuft, später vermuteten Astronomen einen weit entfernten Galaxienhaufen.
Forscher des Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF) um Andrea Botteon haben die Quelle nun mit mehreren Beobachtungsverfahren untersucht. Sie kombinierten Radiodaten des europäischen Antennennetzwerks LOFAR und des indischen Radioteleskops uGMRT mit Röntgenmessungen von Chandra und eROSITA sowie Infrarotaufnahmen. So ließ sich erstmals nicht nur das Radioobjekt genauer vermessen, sondern auch seine kosmische Umgebung charakterisieren.
„Als wir die Daten der Himmelsdurchmusterung LoTSS-DR3 durchgingen, fiel uns eine helle Quelle mit zahlreichen Filamenten auf“, erklärt Andrea Botteon.
Die Röntgenteleskope registrierten großflächig verteiltes, extrem heißes Gas am Ort des Violinschlüssels. Zusammen mit der Konzentration von Galaxien in den Infrarotdaten bestätigt das: Die Radiostruktur gehört zu einem massereichen Galaxienhaufen hinter der Milchstraße. Das Licht aus dieser Region ist ungefähr 1,5 Milliarden Jahre bis zur Erde unterwegs.
Aus der Röntgenstrahlung leitet das Team eine Gastemperatur von ungefähr 70 Millionen Grad und eine Haufenmasse von rund 600 Billionen Sonnenmassen ab. Diese Masse wurde nicht direkt gewogen, sondern anhand etablierter Beziehungen zwischen Temperatur und Masse abgeschätzt. Auffällig ist zudem die unregelmäßige Gasverteilung. Sie spricht dafür, dass das System durch die Begegnung zweier Galaxienhaufen aufgewühlt wurde.
Die Radiostruktur selbst misst in der Projektion rund 760 Kiloparsec, also etwa 2,5 Millionen Lichtjahre. Ihre dünnen Filamente und Schleifen entstehen durch sogenannte Synchrotronstrahlung: Schnelle Elektronen bewegen sich in Magnetfeldern und senden dabei Radiowellen aus. Die Messungen zeigen jedoch, dass die Intensität bei höheren Radiofrequenzen ungewöhnlich stark abnimmt.
Dieses steile Radiospektrum ist ein Hinweis auf eine gealterte Elektronenpopulation, die einen großen Teil ihrer ursprünglichen Energie bereits verloren hat. Gemeinsam mit der verzweigten Form stützt es die Einordnung als „Radio-Phönix“. So bezeichnen Astronomen Reste einst heller Radiowolken, die nach dem Verblassen durch Vorgänge im umgebenden heißen Gas erneut aufleuchten können.
Als wahrscheinlichen Ursprung vermuten die Wissenschaftler einen früheren Aktivitätsschub des supermassereichen Schwarzen Lochs einer zentralen Galaxie. Dabei könnten Jets aus geladenen Teilchen und Magnetfeldern in die Umgebung geströmt sein. Die Strahlung nahm anschließend ab, als die Elektronen Energie verloren. Der heutige Violinschlüssel wäre demnach kein frischer Ausbruch, sondern das wiederbelebte Relikt eines viel älteren.