Im Zentrum der Milchstraße gibt es Hunderte mysteriöser Filamente

Vor mehreren Millionen Jahren erlebte der Kern unserer Galaxie ein gewaltiges Ereignis. Es blies eine riesige zweilappige Blase aus, die in zwei Richtungen durch das interstellare Medium schoss. Was auch immer es war, es setzte riesige Energiemengen aus dem zentralen supermassereichen Schwarzen Loch Sagittarius A* (kurz Sgr A*) frei.

Diese Blasen enthalten seltsame, spindelförmige eindimensionale vertikale Filamente, die eigene Funksignale aussenden. Im Jahr 1984 waren der Astronom Farhad Yusef-Zadeh von der Northwestern University und seine Mitarbeiter die ersten, die diese dünnen Spuren beobachteten. Mittlerweile kennen sie mehr als tausend davon. Sie geben Radiowellen im Mikrowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums ab.

Kürzlich fand das Team eine kleinere Filamentpopulation in der Nähe von Sgr A*. Diese sind jedoch nicht vertikal. Stattdessen liegen sie entlang der galaktischen Ebene und strahlen wie die Speichen eines Rades davon. „Es war eine Überraschung, plötzlich eine neue Population von Strukturen zu finden, die in Richtung des Schwarzen Lochs zu weisen scheinen“, sagte Yusef-Zadeh. „Wir haben immer über vertikale Filamente und ihren Ursprung nachgedacht. Ich bin daran gewöhnt, dass sie vertikal sind. Ich hätte nie gedacht, dass es entlang der Ebene noch andere geben könnte.“

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Er und das Team waren fassungslos, als sie diese radial ausgedehnten Strukturen sahen. „Wir mussten viel Arbeit leisten, um sicherzustellen, dass wir uns nichts vormachen“, sagte er. „Und wir haben herausgefunden, dass diese Filamente nicht zufällig sind, sondern mit dem Ausfluss unseres Schwarzen Lochs in Zusammenhang zu stehen scheinen. Indem wir sie untersuchen, könnten wir mehr über den Spin und die Ausrichtung der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs erfahren. Es ist befriedigend, wenn man Ordnung in einem findet.“ Mitten in einem chaotischen Feld des Kerns unserer Galaxie.

Yusef-Zadeh wies darauf hin, dass im Kern eindeutig etwas passiert sei, das die kurzen radialen Filamente erzeugt habe. „Wir glauben, dass sie durch eine Art Abfluss einer Aktivität entstanden sein müssen, die vor einigen Millionen Jahren stattfand“, sagte er. „Es scheint das Ergebnis einer Interaktion dieses ausströmenden Materials mit Objekten in seiner Nähe zu sein.“

Es ist bekannt, dass Sgr A* wie andere supermassereiche Schwarze Löcher gelegentlich Material verschluckt. Dann „stößt“ es einen energiereichen, hochmagnetisierten Energie- und Plasmastoß aus. Das scheint die wahrscheinlichste Erklärung für das Auftreten der Blasen und Fäden zu sein. Es ist möglich, dass ein solcher Jet mit Gas- und Staubwolken in unmittelbarer Nähe kollidierte. Es könnte zu verdrehten magnetischen Strukturen geführt haben, die die Filamente bilden.

Eine andere Idee ist, dass molekulares Gas durch die Ausdehnung des Materials in der Nähe des Kerns gedehnt wird. Dadurch entstehen irgendwie die radialen Filamente. Ein solcher Vorgang würde auch das einseitige Erscheinungsbild des Sgr E-Komplexes erklären. Es liegt auf einer Seite des Schwarzen Lochs am Schnittpunkt der zentralen Molekülzone und einer breiten zentralen Staubspur. Schließlich ist es auch möglich, dass das Gravitationspotential des Zentralbalkens unserer Galaxie die Sgr E-Wolke anzieht. Das könnte bei der Bildung dieser Filamente eine Rolle spielen.

Die vertikalen sind eine andere Herausforderung für das Verständnis. Sie ragen bis zu 150 Lichtjahre über die Ebene der Galaxie hinaus. Yusef-Zadeh und sein Team schlagen einige Ideen für ihre Existenz vor. Der erste ist der Druck der kosmischen Strahlung, der die Filamente in eine vertikale Ausrichtung zwingt. Dieser Druck ist die Folge des explosiven Ereignisses vor einigen Millionen Jahren, bei dem die Blasen entstanden sind.

Einige Vertikale könnten das Ergebnis der Wechselwirkung eines großflächigen Windes in der Region und in der Strömung eingebetteter Hindernisse sein. Diese Kombination erzeugt Filamente, indem sie das Magnetfeld des Windes um die Hindernisse wickelt. Offensichtlich müssen noch viele Beobachtungen und Analysen durchgeführt werden, um wirklich zu verstehen, was bei der Entstehung beider Filamentsätze geschieht.

Ihre Ursprünge erklären wahrscheinlich die radikal unterschiedlichen Orientierungen und Eigenschaften jeder Filamentpopulation. Die vertikalen Filamente verlaufen senkrecht zur Ebene der Galaxie und sind bis zu etwa 150 Lichtjahre lang, während die horizontalen Filamente parallel zur Ebene verlaufen und nur etwa 5 bis 10 Lichtjahre lang sind. Die Horizontalen zeigen radial zum Zentrum der Galaxie, wo Sgr A* liegt. Die vertikalen sind magnetisch und relativistisch (das heißt, ihre Teilchen bewegen sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit). Die horizontalen Filamente scheinen thermische (warme) Strahlung auszusenden und erwärmtes Material in einer Molekülwolke zu beschleunigen. Bisher wurden nur wenige Hundert dieser horizontalen Filamente gesehen.

Die vertikalen Filamente erscheinen um den Kern der Galaxie herum, während sich die horizontalen nur zu einer Seite hin ausbreiten. Laut Yusef-Zadeh sind die radialen Abflüsse etwas schief. Das könnte einige Hinweise auf die Region des Schwarzen Lochs selbst geben. „Eine der wichtigsten Auswirkungen des radialen Ausflusses, die wir entdeckt haben, ist die Ausrichtung der Akkretionsscheibe und der strahlgetriebene Ausfluss von Sagittarius A* entlang der galaktischen Ebene“, sagte er.

Während die von Yusef-Zadeh und seinem Team gefundenen radialen Filamente eine neuere Entdeckung sind, sind die vertikalen Filamente alte Freunde. Es gibt fast tausend von ihnen, die in Paaren und Gruppen gruppiert sind. Yusef-Zadeh sagt, sie seien etwa 6 Millionen Jahre alt.

Er untersucht seit Jahrzehnten seltsame Strukturen im galaktischen Kern. 1984 arbeitete er mit den Astronomen Mark Morris und Don Chance zusammen, um eine Very Large Array-Radiokarte des galaktischen Zentrums im 20-cm-Wellenlängenband zu erstellen, als sie erstmals die vertikalen Strukturen entdeckten. Die von ihnen entdeckten Emissionen stammten von nicht thermisch emittierendem (also kühlem) Gas, das entlang magnetischer Strukturen angeordnet war.

Später, im Jahr 2019, war Yusef-Zadeh Teil eines Teams unter der Leitung des Astronomen Ian Haywood (Universität Oxford), das die MeerKAT-Radioobservatoriumsanlage in Südafrika nutzte, um zwei riesige radioemittierende Blasen in der Nähe von Sgr A* zu entdecken. Der zuvor beschriebene gewaltige Ausbruch energetischer Aktivität erzeugte diese Blasen vor mehreren Millionen Jahren.

Damals vermutete das Team sofort Sgr A* als Quelle der sanduhrförmigen Struktur. „Das Zentrum unserer Galaxie ist im Vergleich zu anderen Galaxien mit sehr aktiven zentralen Schwarzen Löchern relativ ruhig“, sagte Heywood. „Trotzdem kann das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße – von Zeit zu Zeit – ungewöhnlich aktiv werden und aufflammen, während es in regelmäßigen Abständen riesige Staub- und Gasklumpen verschlingt. Es ist möglich, dass ein solcher Fressrausch starke Ausbrüche auslöste, die dieses bisher ungesehene Phänomen aufblähten.“ ."

Die Entdeckung von Radioblasen im galaktischen Kern vor einigen Jahren verdeutlichte die großen Fähigkeiten des MeerKAT-Radioteleskops. Dabei handelt es sich um eine Anordnung von 64 Radioschüsseln, die auf Emissionen im Mikrowellenbereich mit Wellenlängen zwischen 3 und 30 Zentimetern reagieren. Yusef-Zadeh schreibt der Anlage zu, dass sie seinem Team dabei geholfen hat, die Filamente vor dem geschäftigen Hintergrund anderer Emittenten zu lokalisieren. Sie verwendeten eine Technik, um den Hintergrund zu entfernen und das Rauschen aus MeerKAT-Bildern zu glätten, um die Filamente von den umgebenden Strukturen zu isolieren.

„Die neuen MeerKAT-Beobachtungen haben das Spiel verändert“, sagte er. „Der Fortschritt der Technologie und die engagierte Beobachtungszeit haben uns neue Informationen geliefert. Es ist wirklich eine technische Errungenschaft der Radioastronomen.“

Mysteriöse Striche im Zentrum der Milchstraße entdeckt. Die Population der Filamente im Zentrum der Milchstraße: Positionswinkelverteilung zeigt einen kollimierten Ausfluss im Gradmaßstab von Sgr A* entlang der galaktischen Ebene. Riesige ballonartige Strukturen im Zentrum der Milchstraße entdeckt. Radioteleskop MeerKAT