Das, was die Astronomie so enorm faszinierend macht, sind mit Sicherheit auch die beeindruckenden Bilder, die im Zuge der Forschungsarbeit veröffentlicht werden. Zum Beispiel dieses hier:
Das ist die Galaxie NGC 4258, 23 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Ein beeindruckendes Bild; ein Feuerwerk aus Farben und Formen. Und ein Bild, dass wir so mit unseren eigenen Augen niemals sehen könnten. Nicht nur, weil unsere Pupillen viel zu klein sind, um das wenige Licht zu registrieren, das von dieser Galaxie bis zur Erde gelangt. Sondern auch, weil unsere Augen prinzipiell nicht in der Lage sind, all das Licht zu sehen, das im Universum existiert. Diese Aufnahme kombiniert Röntgenlicht, Infrarotlicht, Radiolicht und das „normale“ Licht zu einer einzigen grandiosen Aufnahme und zeigt uns wieder einmal, wie wichtig es ist, dass die Astronomie gelernt hat, das komplette elektromagnetische Spektrum zu sehen und nicht nur den kleinen Ausschnitt der Realität den wir Menschen meinen, wenn wir davon sprechen, dass wir etwas „sehen“.
Das besondere an dieser Galaxie sind ihre Spiralarme. Nicht deren Existenz an sich; Spiralarme gibt es in jeder Spiralgalaxie und das Universum ist voll davon. NGC 4258 aber hat ein paar Spiralarme, die nicht in der Ebene der galaktische Scheibe liegen, sondern quer hindurch verlaufen. Das sieht man am besten, wenn man die beiden Aufnahmen vergleicht, die nur das normale Licht beziehungsweise das Röntgenlicht zeigen:
Oben ist das optische Bild; unten sieht man die Röntgenstrahlung die von dieser Galaxie abgestrahlt wird. Im Röntgenbild erkennt man die abnormen Spiralarme, die sich nicht an die Orientierung der galaktischen Scheibe halten. Was dort genau abläuft, haben Patrick Ogle vom Californian Institute of Technology und seine Kollegen nun untersucht („Jet-Shocked H2 and CO in the Anomalous Arms of Molecular Hydrogen Emission Galaxy NGC 4258“). Dazu haben sie nicht nur die Informationen aus normalen Licht und Röntgenlicht benutzt, sondern die Galaxie auch noch mit dem Karl Jansky Very Large Array und dem Spitzer-Weltraumteleskop beobachtet. Das Karl-Jansky VLA ist ein Radioteleskop und mit Spitzer lässt sich Infrarotstrahlung beobachten. So sieht die Galaxie aus, wenn man nur Radio- bzw. Infrarotlicht betrachtet:
Ogle und seine Kollegen haben sich bei ihrer Arbeit besonders auf die Infrarotstrahlung konzentriert. Denn NGC 4258 ist eine „MOHEG“, eine „molecular hydrogen emission galaxy“, also eine Galaxie, in der man sehr starke Infrarotstrahlung beobachten kann, die von Wasserstoffmolekülen erzeugt wird. Misst man die Intensität dieser speziellen Infrarotstrahlung und sieht nach, wo sie her kommt, dann erhält man einen guten Überblick über die Verteilung der großen Gaswolken in der Galaxie. Und daraus lässt sich jede Menge lernen, denn das Gas ist ein wichtige Bestandteil in einer Spiralgalaxie. Die Gaswolken sind die Orte, an denen Sterne entstehen und je weniger Gas, desto weniger Sterne kann es geben. Das Gas zeigt aber auch, was in der Galaxie sonst noch so abläuft. Wenn da zum Beispiel alte Sterne explodieren, können dadurch Schockwellen in den Gaswolken entstehen und die aufgeheizten Moleküle geben Röntgen- oder Radiostrahlung ab. Oder aber das zentrale schwarze Loch im Zentrum der Galaxie erzeugt sogenannte „Jets“, also Strahlen aus hochenergetischen Teilchen, die das umliegende Gas ebenfalls aufheizen können.
Und genau das scheint bei NGC 4258 zu passieren. Die Jets kommen natürlich nicht AUS dem Loch, sondern werden in seiner unmittelbaren Umgebung erzeugt. Ein aktives schwarzes Loch ist von einer großen rotierenden Scheibe aus Material umgeben, dass in das Loch hinein spiralt. Dabei entkommen Teilchen von der Scheibe nach oben und unten und wenn sie beschleunigt durch die große Gravitation des Lochs und die starken Magnetfelder im Zentrum der Galaxie mit enormen Geschwindigkeiten davon sausen und auf das umliegende Gas treffen, werden die Moleküle angeregt und aufgeheizt. Das nun heiße Gas entkommt aus der Ebene der Galaxie und bildet so die anomalen Spiralarme, die man im Bild sehen kann.
Das supermassereiche schwarze Loch in dieser Galaxie hat also quasi das Wasserstoff aus der Ebene der galaktischen Scheibe hinaus gepustet und so das kosmische Feuerwerk erzeugt, das wir in dem tollen Bild ganz oben sehen können. Für NGC 4258 ist das alles aber nicht so toll. Denn eine Galaxie braucht ihr Gas, wenn sie weiterhin neue Sterne produzieren will. Ogle und seine Kollegen haben aber nun anhand der neuen Beobachtungen berechnet, dass es nur 300 Millionen Jahre dauert (nichts, verglichen mit der gesamten Lebenszeit einer Galaxie), bis das ganze restliche Wasserstoffgas aus NGC 4258 hinaus gepustet worden ist. Und schon jetzt ist dort so wenig Gas vorhanden, dass die Sternentstehungsrate 10 Mal geringer ist als in unserer eigenen Galaxie, in deren Zentrum ein recht braves schwarzes Loch sitzt, das nicht aktiv ist.
Es ist wie bei einem echten Feuerwerk: Zuerst gibt es eine große Show mit jeder Menge bunten Farben. Und dann wird es dunkel und alles ist vorbei…
Wie lange kann denn eine Galaxie maximal „leben“?
@Higgs-Teilchen: Ach, die halten lange durch. Über 10 Milliarden Jahre auf jeden Fall. Spiralgalaxien kollidieren irgendwann miteinander, verschmelzen zu ner elliptischen Galaxie und wenn denen irgendwann mal das Gas ausgeht, dann wirds dunkel. Aber das kann lange dauern.
Die Lichtpunkte, die man auf dem Bild der Röntgenstrahlung sieht. Könnten das kleine schwarze Löcher, bzw deren Akkretionsscheiben sein?
@Balu: Ne, eher Hotspots, wo das Gas aufgeheizt wird. Hier ist ein Bild mit ANmerkungen: https://chandra.harvard.edu/photo/2014/m106/m106_xray_h2_annotated.jpg
(Oder meinst du die Punkte, die überall verteilt sind? Das sind Sterne…)
Warum „spiralt“ das Material? Verliert das Material potentielle Energie durch Gezeitenkräfte? Zum Glück für uns spiralt ja die Erde nicht in die Sonne.
Da ist mei Beitrag im Nirwana verschwunden. Kurz nochmal:
Warum „spiralt“ das Material beim Schwarzen Loch und bleibt nicht schön auf einer Ellipsenbahn? Gezeitenkräfte?
Warum ist es eigentlich eine Scheibe die da um das schwarze Loch kreist, und kein dreidimensionales Gebilde?
Das Loch ist ja von allen Seiten mit Material umgeben und zieht dieses auch gleichmässig an, warum also eine Scheibe?
Als Addon-Frage, könnte es nicht auch ein Sonnensystem geben, das keine einheitliche Ekliptik hat, sondern wo die Bahnen der Planeten auf verschiedenen Ebenen laufen?
@Toby: „Warum ist es eigentlich eine Scheibe die da um das schwarze Loch kreist, und kein dreidimensionales Gebilde?“
Aus dem gleichen Grund, aus dem auch die Saturnringe flach sind und Planeten immer in einer Ebene laufen. Wenn du mit ner großen Wolke aus Zeugs anfängst, dann bildet sich daraus aus Gründen der Drehimpulserhaltung immer ne Scheibe. Denke zB an die Saturnringe und stell dir ein Ringteilchen vor, dass nicht in der Ebene liegt. Das muss bei seiner Umkreisung des Saturn bei jedem Umlauf die Ringebene durchqueren; einmal von oben nach unten und einmal von unten nach oben. Dabei kommt es zu nahen Begegnungen und Kollisionen mit den Ringteilchen der Ebene und das störrische Teilchen verliert Energie, wodurch seine Umlaufbahn immer flacher wird, bis es auch in der Ebene liegt. Hier gibts auch ein schönes Video zu der Frage: https://scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2014/01/18/wieso-bewegen-sich-die-planeten-des-sonnensystems-alle-in-einer-ebene/
(Und sorry, hatte die Frage bisher übersehen)
Ein schöner Bericht, bei dem mir allerdings 2 Sachen sauer aufstoßen: „von der Erde entfernt“ und „Schockwellen“ . Die erste erklärt sich wohl von selbst und die 2. siehe R. Kippenhahn.
VG
T. Ahrendt
wird hier finde ich ziemlich gut erklärt:
https://www.youtube.com/watch?v=tmNXKqeUtJM
@Florian Freistetter
Eigentlich meinte ich die Punkte die überall verteilt sind. Ich kam nur darauf das es schwarze Löcher sein könnten, da sich auf der Aufnahme im sichtbaren Licht an den Stellen keine Hellen Sterne befinden.
@thomas ahrendt: Geht es bitte noch etwas ausführlicher? Es erklärt sich mir nicht von selbst.
Ein Objekt ist eine bestimmte Distanz von der Erde entfernt; in erster Näherung vielleicht die Strecke, die das Licht vom Objekt zur Erde zurückgelegt hat. Da es über die großen Entfernungen sowieso ein Problem mit Gleichzeitig gibt, oder mit „jetzt & hier“ und „früher & dort“, als das Licht ausgesendet wurde, ist es fast Jacke wie Hose, was man angibt; es kommt auf die Relationen zueinander an.
Rudolf Kippenhahn habe ich gefunden, und was ist jetzt das Problem mit den „Schockwellen“, oder doch lieber „Stoßwellen“? In diesem Bericht wird jedenfalls von Schockwellen geschrieben.
@Ludger
In der Akkretionsscheibe kolldieren Gas und Staub, erhitzen sich dabei und strahlen die so umgesetzte Bewegungsenergie als Wärme, Licht und Röntgenstrahlung ab, deswegen verlieren sie Bahnenergie und können allmählich in das Schwarze Loch hineinfallen. Ansonsten müssten sie ewig auf Ellipsenbahnen kreisen, wie die Planeten um die Sonne.
Auch Magnetfelder spielen eine große Rolle, da das Material in der Scheibe durch die hohen Temperaturen ionisiert, also elektrisch leitend wird. Ein Großteil der Masse fällt gar nicht in das Loch, sondern wird als Jets entlang der Drehachse abgefeuert. Interessanter Artikel dazu:
https://www.skyandtelescope.com/astronomy-news/new-way-make-black-hole-jets/
@Balu
Das sind Dunkelwolken aus Gas und Staub, die undirchsichtig sind. Auch die Milchstraße ist von diesen durchzogen (eine größere solche Wolke am Südhimmel nennt sich „Kohlensack“, der Name sagt eigentlich alles). Aus diesen Wolken entstehen neue Sterne. Wenn die Sterne dann leuchten und das Gas mit UV-Licht ionisieren, entstehen die schönen leuchtenden Gaswolken (HII-Regionen), wie der Orionnebel oder der Trifid- und Lagunennebel.
Durch die Dunkelwollken sehen wir im Optischen nur ca. 10% unserer eigenen Milchstraße. Infrarotlicht und Radiowellen können sie durchdringen.
Schwarze Löcher kann man nicht sehen, die sind viel zu klein.
Naja, also ein Schwarzes Loch an sich kann man natürlich nicht sehen, die Auswirkungen lassen sich jedoch ohne weiteres auch bei verhältnismäßig kleinen Objekten erkennen, immer vorausgesetzt, es ist auch Material in der Nähe, was das schwarze Loch „verarbeiten“ kann. Speziell Supermassereiche Schwarze Löcher kann man auch generell nicht wirklich als klein bezeichen. Ich weiß zwar nicht was genau der letzte Stand ist, (Schwarzschild) Radien von 250AE+! (und dementsprechend Jetstreams von mehreren Lichtjahren Länge) wurden aber schon berechnet.
@Mike Ratinghaus
Der Post bezog sich auf Balus Frage, ob die dunklen Flecken im optischen Bild Schwarze Löcher sein könnten, und in dem Bild oben kann man mit Sicherheit auch kein Supermassives Schwarzes Loch sehen (was sind selbst 250 AU gegen einen Galaxiendurchmesser von 100000 Lichtjahren, wo ein Lichtjahr schon 63000 AU hat? Die meisten Supermassiven SLs sind nur wenige AU groß oder kleiner). Und das, was man von Schwarzen Löchern sieht, ist gerade nicht schwarz: Jets und Akkretionsscheiben.
Supermassive Schwarze Löcher finden sich nur in Galaxienzentren, die kämen für die dunklen Bereiche ohnehin nicht in Frage. Stellare sind nur ein paar Kilometer im Durchmesser. Die würde man (ohne Akkretionsscheibe) schon in Mondentfernung ohne Teleskop nicht mehr sehen können (wenn man sie sich als dunkle Scheiben vorstellte; man würde wohl, wenn überhaupt, die Verzerrung des Hintergrunds bemerken)
Ich frage mich, was der prinzipielle Unterschied zwischen NGC 4258 und unserer Milchstraße ist. Warum wird dort das Interstellare Gas abgesaugt und bei uns nicht?
@Till: „Warum wird dort das Interstellare Gas abgesaugt und bei uns nicht?“
Wir haben kein aktives schwarzes Loch im Zentrum sitzen; unseres ist schön ruhig und erzeugt keine riesigen Jets, die das Gas durcheinander bringen…
Halli hallo,
die Frage(n) von Toby finde ich sehr spanndend!
Es wäre toll, wenn jemand Zeit fände, um sie zu beantworten.
Gerade die letzte Frage, die nach der Ekliptik fragt, habe ich mir auch schon oft gestellt.
Heiko,-
@Florian, Heiko32
Die Frage war in #9 schon per Video beantwortet, sonst hätte ich kurz was geschrieben.
@Alderamin: Ah – hier im Backend des Blogs seh ich nicht auf den ersten Blick, ob da Videos eingebettet sind oder nicht; sonst hätte ich das sicher bemerkt. Danke!
Gibt es Probleme mit dem Spamfilter? Gestern wurde ein Kommentar von mir geschluckt. Beim Versuch, den Kommentar heute erneut zu schicken, kam die Meldung:
Der Kommentar ist aber nicht öffentlich, ist er noch im Spamfilter? (War ein Dank an Alderamin wegen #12.)