Riesige Blasen im Zentrum der Milchstraße werden von einem supermassiven Schwarzen Loch verursacht

Im Jahr 2020 hat das eRosita-Röntgenteleskop Bilder von zwei massiven Blasen aufgenommen, die sich weit über und unter dem Zentrum unserer Galaxie erstrecken.

Seitdem haben Astronomen über ihren Ursprung diskutiert. Nun deutet eine Studie, die Forschungsergebnisse der University of Michigan umfasst, darauf hin, dass die Blasen das Ergebnis einer starken Aktivitätsausschüttung des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße sind. Die Studie veröffentlicht in natürliche Astronomiezeigt auch, dass der Jet vor etwa 2,6 Millionen Jahren begann, Material freizusetzen, und etwa 100.000 Jahre überdauerte.

Die Ergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass Fermi-Blasen, die 2010 entdeckt wurden, und Mikrowellenschleier – ein Schleier aus geladenen Teilchen ungefähr im galaktischen Zentrum – aus demselben Energiefluss aus dem supermassereichen Schwarzen Loch entstanden sind. Die Studie wurde von der National Tsing Hua University in Zusammenarbeit mit UM und der University of Wisconsin durchgeführt.

„Unsere Ergebnisse sind insofern wichtig, als wir verstehen müssen, wie Schwarze Löcher mit den Galaxien in ihnen interagieren, denn diese Wechselwirkung ermöglicht es diesen Schwarzen Löchern, auf kontrollierte und nicht auf kontrollierte Weise zu wachsen. [growing] „Unkontrollierbar“, sagt UM-Astronom Mateusz Roskowski, ein Co-Autor der Studie. „Wenn Sie glauben, dass dieses Fermi OE Rosetta-Blasenmodell so gefahren ist supermassereiche schwarze löcherSie können anfangen, diese tiefen Fragen zu beantworten.“

Es gibt zwei konkurrierende Modelle, die diese Blasen erklären, die nach den nach Ruszkowski benannten Teleskopen Fermi- und eRosita-Blasen genannt werden. Die erste legt nahe, dass der Ausfluss von einem nuklearen Starburst angetrieben wird, bei dem ein Stern in einer Supernova explodiert und Material ausstößt. Das zweite Modell, gestützt durch die Ergebnisse des Teams, weist darauf hin, dass diese Abflüsse von der Energie eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie angetrieben werden.

Diese Ausflüsse aus Schwarzen Löchern treten auf, wenn sich Material zum Schwarzen Loch bewegt, aber sie überqueren niemals den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs oder die mathematische Oberfläche, unter der nichts entweichen kann. Da ein Teil dieses Materials in den Weltraum zurückgebracht wird, Schwarze Löcher Es wächst nicht unkontrolliert. Aber die vom Schwarzen Loch freigesetzte Energie verdrängt Material in der Nähe des Schwarzen Lochs und erzeugt diese großen Blasen.

Die Strukturen selbst sind 11 Kiloparsec hoch. Ein Parsec entspricht 3,26 Lichtjahren oder etwa der dreifachen Entfernung, die das Licht im Laufe eines Jahres zurücklegt. Die Strukturen haben also einen Durchmesser von etwa 36.000 Lichtjahren.

Zum Vergleich: Die Milchstraße hat einen Durchmesser von 30 Kilofresken, und unser Sonnensystem liegt etwa 8 Kilofresken vom galaktischen Zentrum entfernt. Die eRosita-Blasen sind doppelt so groß wie die Fermi-Blasen und werden laut den Forschern durch die Energiewelle oder Stoßwelle ausgedehnt, die von den Fermi-Blasen angetrieben wird.

Astronomen sind besonders daran interessiert, die eRosita-Blasen zu bemerken, weil sie eher in unserem eigenen galaktischen Hinterhof vorkommen als Objekte in einer anderen Galaxie oder in extremer kosmischer Entfernung. Unsere Nähe zu den Abflüssen bedeutet, dass Astronomen eine riesige Datenmenge sammeln können, sagt Roskowski. Diese Daten können Astronomen sagen, wie viel Energie sich in der Ebene des Schwarzen Lochs befindet, wie lange diese Energie injiziert wird und aus welchem ​​​​Material die Blasen bestehen.

„Wir können nicht nur das Starburst-Modell ausschließen, sondern wir können auch die Parameter anpassen, die erforderlich sind, um die gleichen Bilder oder etwas sehr Ähnliches wie am Himmel im Modell des supermassiven Schwarzen Lochs zu erzeugen“, sagt Roskowski. „Wir können bestimmte Dinge besser eingrenzen, z. B. wie viel Energie hineingepumpt wurde, was sich in diesen Blasen befand und wie lange die Energie injiziert wurde, um diese Blasen zu erzeugen.“

Was ist in ihnen? Kosmische Strahlung, eine Form hochenergetischer Strahlung. eRosita Bubbles enthält Fermi-Blasen, deren Inhalt unbekannt ist. Aber die Modelle der Forscher können die Menge an kosmischer Strahlung innerhalb jeder der Strukturen vorhersagen. Die Energieinjektion des Schwarzen Lochs blähte die Blasen auf, und die Energie selbst lag in Form von kinetischer, thermischer und kosmischer Strahlenenergie vor. Von diesen Energieformen kann die Fermi-Mission nur ein Gammastrahlensignal der kosmischen Strahlung nachweisen.

Karen Yang, Hauptautorin der Studie und Assistenzprofessorin an der National Tsing Hua University in Taiwan, begann als Postdoktorandin an der MM University bei Roskowski mit der Arbeit an einer frühen Version des Codes, der für die Modellierung in diesem Papier verwendet wird. Um zu ihren Schlussfolgerungen zu gelangen, führten die Forscher eine numerische Simulation der Energiefreisetzung durch, die Hydrodynamik, Schwerkraft und kosmische Strahlung berücksichtigt.

„Unsere Simulation ist insofern einzigartig, als sie die Wechselwirkung zwischen kosmischer Strahlung und Gasen in der Milchstraße berücksichtigt. kosmische Strahlungdurch Injektion von Jets aus Schwarzen Löchern dehnt es sich aus und bildet Fermi-Blasen, die in Gammastrahlen fluoreszieren“, sagt Yang.

„Die Explosion selbst drückt das Gas vom galaktischen Zentrum weg und bildet eine Schockwelle, die als eRosita-Blasen beobachtet wird. Die neue Beobachtung von eRosita-Blasen hat es uns ermöglicht, die Dauer der Aktivität von Schwarzen Löchern genauer einzuschränken und die Vergangenheit besser zu verstehen Geschichte unserer Galaxis.“

Das Modell der Forscher schließt die nukleare Starburst-Theorie aus, da die typische Dauer eines nuklearen Starbursts und damit die Zeitdauer, in der ein Starburst die Energie abgibt, die die Blasen bildet, etwa 10 Millionen Jahre beträgt, so die Mitwirkung der Studie. Autor. Elaine Zwiebel, Professorin für Astronomie und Physik an der University of Wisconsin.

„Auf der anderen Seite sagt unser aktives Schwarzes-Loch-Modell die relativen Größen von eRosita-Röntgenblasen und Fermi-Gammastrahlenblasen genau voraus, vorausgesetzt, dass die Energieinjektionszeit etwa 1 % davon oder ein Zehntel einer Million Jahre beträgt. “, sagt Zwebel.

„Die Injektion von Energie über 10 Millionen Jahre wird Blasen mit einem völlig anderen Aussehen erzeugen. Es ist eine Gelegenheit, Röntgen- und Gammastrahlenblasen zu vergleichen, die zuvor das entscheidende fehlende Teil lieferten.“

Die Forscher verwendeten Daten von der eRosita-Mission, dem Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop der NASA, dem Planck-Observatorium und der Wilkinson Microwave Anisotropy Probe.