Wenn es etwas gibt, das mich an der Astronomie immer wieder aufs Neue fasziniert, dann ist es die Tatsache, dass man hier tatsächlich und ganz konkret in die Vergangenheit schauen kann. Jeder Blick hinaus ins Weltall ist ein Blick zurück in der Zeit. Wir sehen die Sterne und Galaxien so, wie sie ausgesehen haben, als sich das Licht von dort auf den Weg zu uns gemacht hat. Und weil das Weltall wirklich groß ist, kann das ein ganzes Stück weit in der Vergangenheit passiert sein. Noch schöner aber ist es, wenn man auf einen Blick verschiedene Vergangenheiten sehen kann. So wie auf diesem Bild hier:

Was man hier sieht ist die Galaxiengruppe NGC 5813. Das Licht hat von dort ungefähr 105 Millionen Lichtjahre bis zu uns gebraucht bevor es dann endlich auf die Detektoren der Astronomen gefallen ist. Das Bild zeigt eine optische Aufnahme der Region, der eine Röntgenaufnahme überlagert ist, die mit dem Weltraumteleskop Chandra erstellt wurde (“A Very Deep Chandra Observation of the Galaxy Group NGC 5813: AGN Shocks, Feedback, and Outburst History”). Die Röntgenstrahlung ist in violett zu sehen und sie stammt hauptsächlich vom dünnen, heißen Gas das sich zwischen den Galaxien der Gruppe befindet.

Die Aufnahme ist an sich schon bemerkenswert, denn so lange wie für dieses Bild wurde das Chandra-Teleskop noch nie eingesetzt. Insgesamt hat man den Detektor mehr als 7 Tage lang belichtet! Aber es hat sich gelohnt, denn was man hier sieht, ist faszinierend. Vielleicht schaut es auf den ersten Blick nicht so aus, aber das macht ja nichts. Wir können ja einfach ein wenig genauer und länger hinsehen!

Im Zentrum des Bildes und damit auch im Zentrum der Galaxie in der Mitte der Galaxiengruppe befindet sich – so wie in jeder Galaxie – ein supermassereiches schwarzes Loch. Das schwarze Loch rotiert um seine Achse und jede Menge Gas und Staub strömt spiralförmig auf es zu. Die Wechselwirkung zwischen dem schwarzen Loch und dem ganzen Material erzeugt starke Magnetfelder, die einen Teil des Gases mit hoher Geschwindigkeit ableiten. So wie ein Leuchtturm Licht in zwei Kegeln abstrahlt, bewegen sich geladene Teilchen entlang zweier großer “Magnetfeldkegel” und werden mit hohen Geschwindigkeiten hinaus ins All und auch hinaus aus der Galaxie geschleudert.

Dort trifft es auf das Gas der intergalaktischen Materie und es entstehen Stoßwellen, die riesige “Löcher” im Gas erzeugen. Genau die kann man im Bild erkennen und damit das ein wenig leichter fällt, sind sie hier noch einmal extra markiert:

Man erkennt gut, dass es drei verschiedene Paare sind: Zwei sehr große oben und unten weit entfernt vom schwarzen Loch – ungefähr 30 Kiloparsec; also fast 100.000 Lichtjahre. Zwei weitere etwas mehr in der Mitte, circa 10 Kiloparsec vom Zentrum entfernt und zwei kleinere ganz in der Nähe des schwarzen Lochs mit nur knapp einem Kiloparsec Abstand. Wir sehen hier auf einen Blick die ganze Geschichte des Lochs und der Galaxiengruppe! Die äußersten beiden Löcher sind als erstes entstanden. Und so wie Luftblasen im Wasser nach oben steigen, haben auch sie sich im Laufe der Zeit vom schwarzen Loch nach außen durch das Gas bewegt. Ungefähr 20 Millionen Jahre danach hat das schwarze Loch ein weiteres Mal große Mengen an Material durch die Gegend geschleudert und das zweite Paar an Löchern erzeugt. Und nochmal knapp 20 Millionen Jahre später wurde das dritte, innerste Paar erzeugt. Bzw. wird es immer noch erzeugt, denn die Daten weißen darauf hin, dass diese Eruption des Lochs immer noch andauert (und noch ein bisschen dauern kann – das ist keine kurze, abrupte Explosion sondern ein Vorgang, der ein paar Millionen Jahre braucht).

Die Astronomen haben sich auch die Ränder der Löcher im Detail angesehen und festgestellt, dass sie ein wenig unscharf sind, also dort vermutlich turbulente Strömungen stattfinden die alles ein wenig verwirbeln. Man kann ausrechnen, bei welchen Geschwindigkeiten des Gases das passiert und kommt so auf einen Wert von etwa 258.000 Kilometer pro Stunde! Dort ist also einiges los und es ist wieder einmal beeindruckend zu sehen, auf welchen gigantischen Größenskalen sich das Universum verändern kann!

Kommentare (25)

  1. #1 Frantischek
    23. Juni 2015

    Ist es Zufall, dass die beiden Sterne links und rechts, und die beiden oben und unten wie gespiegelt aussehen?

    Oder ist das ein Linseneffekt?

  2. #2 Bullet
    23. Juni 2015

    Würden Linseneffekte nicht Striche erzeugen?

  3. #3 Harry
    23. Juni 2015

    Bei Geschwindigkeitsangaben der Astronomen habe ich immer meine Verständnisschwierigkeiten, da ich meist nur vermuten kann, auf was sie sich beziehen.

    280.000 Kilometer pro Stunde, ist das relativ zum Kern?
    Kannst Du erklären, warum die hohe Geschwindigkeit die Ursache für die Turbulenzen ist?

  4. #4 phunc
    23. Juni 2015

    Hier gibts nochmal weitere Aufnahmen:
    http://chandra.harvard.edu/photo/2010/ngc5813/

    Verstehe ich das richtig, dass die Röntgenstrahlung im Grunde auch die anderen Galaxien umgibt, dh eigentlich wäre das gesamte Bild violett? Man hat in diesem Fall aber nur die Röntgenstrahlung der zentralen Galaxie sichtbar gemacht?

  5. #5 Alderamin
    23. Juni 2015

    @Frantischek

    Mit Sicherheit Zufall. Außerdem hat unten der einen nahen Nachbar, oben der nicht.

    Es gibt manchmal Doppelbilder im Teleskop, wenn sich extrem helle Sterne (etwa Sirius) zwischen den Linsen des Okulars spiegeln, die sind dann aber eher nahe benachbart, diffuser (längerer Lichtweg = schlechter Fokus) und dunkler (Glas reflektiert außerhalb von Totalreflexion nur 4%, vergütetes noch viel weniger) . Das betrifft aber nur das visuelle Bild, beim Fotografieren hat man normalerweise (Profis schon gar nicht) kein Okular, das Licht vom Haupt- und Fangspiegel geht gleich auf den Sensor und hat keine Chance, zwischen zwei durchsichtigen Glasflächen einen Umweg zu nehmen.

    Das sind übrigens alles Vordergrundsterne aus unserer Milchstraße, die stehen alle nur zufällig im Weg rum.

  6. #6 Alderamin
    23. Juni 2015

    @phunc

    Man sieht es ja in dem Bild auf der von Dir verlinkten Seite, dass auch von weiter außen noch Röntgenstrahlung herkommt, die stammt von dem Gas, das die große Galaxie umgibt. Das ist heißer und dünner:

    the hotter temperatures shown in red and decreasingly cooler temperatures shown in orange, yellow, green, and blue.
    […]
    the densest gas near the center of the map

    Oben in den Bilder auf dieser Seite hier ist nur der zentrale, kühlere, dichtere Teil dargestellt. Vermutlich ist dieses auch “heller” (auch wenn’s kühler ist; das Gas außen ist extrem dünn).

  7. #7 phunc
    23. Juni 2015

    @Alderamin

    Ok, danke. Bedeutet das dann aber nicht auch, dass man von jeder Galaxie solche Bilder machen könnte und entsprechend dann auch unter Umstände solche Löcher oder andere Strukturen finden würde?

  8. #8 Alderamin
    23. Juni 2015

    @phunc

    Nicht von jeder Galaxie, die hier ist besonders aktiv (d.h. das schwarze Loch in ihr) (wobei viele Galaxien früher, während ihrer Entstehung mal viel aktiver waren als heute, weil das schwarze Loch noch genug zu futtern bekam).

    Zwischen den Galaxien findet sich aber überall heißes Gas, das aus Supernovae innerhalb der Galaxien stammt. Die heißen (=schnellen) Teilchen entkommen den Galaxien und finden sich dann zwischen ihne wieder. Die sind aber so dünn verteilt, dass man trotz Millionen K heißen Gases dort erfrieren würde.

    So dicht wie bei dieser Galaxie ist dieses intergalaktische Gas dann typischerweise nicht.

  9. #9 phunc
    23. Juni 2015

    Ist denn die Aktivität einer Galaxie ein Indiz für irgendetwas? Je aktiver, umso jünger? Oder sowas in der Art?

    Und ist eine hohe Aktivität gleichzusetzen mit einer besonders hohen Röntgenstrahlenemission? Welche Vermutungen kann man hier anstellen bzgl der “Lebensbedingungen” in dieser Galaxie im Vgl zu anderen Galaxien?

  10. #10 Alderamin
    23. Juni 2015

    @phunc

    Wie gesagt ist immer nur das zentrale Schwarze Loch einer Galaxie aktiv. Bei den Quasaren ist es so aktiv, dass die umgebende Galaxie gar nicht mehr zu sehen ist, sie wird völlig überstrahlt. Bei den Seyfert-Galaxien sieht man den hellen Kern, und bei Galaxien wie M87 kommen Jets aus der Galaxie heraus.

    Die Aktivität ist üblicherweise durch Röntgenstrahlung und Radiostrahlung gekennzeichnet; die Akkretionsscheibe kann aber z.B. auch die Röntgenstrahlenquelle (die innere Scheibe) verdecken, so dass nur Radio (aus dem Jet?) durchdringt. Früher kannte man verschiedene Klassen von aktiven Galaxien, die man mittlerweile einfach auf unsere verschiedenen Blickwinkel auf die Akkretionsscheiben zurück führt.

    Es gibt keine nahen Quasare, die gab es nur im jungen Universum und sie wurden dann weniger, bis sie verschwanden. Da wurden die zentralen Schwarzen Löcher noch bis zum theoretisch möglichen Maximum mit einfallendem Gas gefüttert. Im Prinzip kann das Schwarze Loch auch später noch Nahrung bekommen, z.B. wenn Sterne oder Gas aus einer kannibalisierten Zwerggalaxie verschluckt werden. Deswegen kann man nicht generell sagen, dass aktive Galaxien jung sind, aber typischerweise passiert so etwas häufiger bei Galaxien, die noch wachsen, insofern stimmt das Argument statistisch schon.

  11. #11 dgbrt
    23. Juni 2015

    Diese hier gezeigte Galaxie ist natürlich nicht vergleichbar mit eine aktiven Galaxie oder erst recht einem Quasar. Sie ist nur ca. 105 Mio. Lj. entfernt und im optischen Bereich schon sehr unspektakulär. Und die Röntgenstrahlung ist nur ein weit überbelichtetes Glimmen; man hat immerhin mehr als sieben Tage belichtet.

    Interessant ist, dass man im Röntgenlicht mehrere dunkle Bereiche nachweisen kann, die im Optischen bei dieser elliptischen Galaxie nicht einmal im Ansatz zu erkennen sind. Warum senden die Sterne in den dunklen Bereichen kein Röntgenlicht aus? Unsere Sonne strahlt ja auch in dem Spektrum.

    Und noch ‘ne Frage: Kann man sich eigentlich sicher sein, dass die Röntgenquelle die selbe Entfernung hat? Es gibt schließlich auch andere Objekte aus der Milchstraße im Vordergrund. Kann man im Röntgenbereich noch Dopplerverschiebungen messen und damit die Entfernung bestimmen?

  12. #12 Alderamin
    23. Juni 2015

    @dgbrt

    Warum senden die Sterne in den dunklen Bereichen kein Röntgenlicht aus?

    Weil sie nicht heiß genug sind?

    Unsere Sonne strahlt ja auch in dem Spektrum.

    Eher die Korona, und die ist klein (im Vergleich zu den Entfernungen zu anderen Sternen) und ziemlich dünn.

    Kann man sich eigentlich sicher sein, dass die Röntgenquelle die selbe Entfernung hat?

    Na ja, was heißt sicher? Die Richtung stimmt ziemlich exakt (in phuncs Link umschalten zwischen X-Ray und Optical), und was soll da sonst die Quelle sein? Stellare Schwarze Löcher sind punktförmig und Supernova-Überreste sind eher außen hell (wo die Kollisionen mit dem umgebenden Gas passieren – Bremsstrahlung) als innen.

    Kann man im Röntgenbereich noch Dopplerverschiebungen messen und damit die Entfernung bestimmen?

    Schwierig, da gibt’s ja keine Wasserstofflinien, deren Verschiebung man messen könnte; keine Ahnung ob man die Verschiebung an einem anderen Feature kalibrieren könnte.

  13. #13 PDP10
    23. Juni 2015

    @Alderamin, dgbrt:

    “Schwierig, da gibt’s ja keine Wasserstofflinien, deren Verschiebung man messen könnte; keine Ahnung ob man die Verschiebung an einem anderen Feature kalibrieren könnte.”

    Auch im Röntgenbereich gibt es charakteristische Spektrallinien. Die kommen von angeregten Elektronen auf den inneren Schalen.

    Selbstverständlich kann man auch da die Dopplerverschiebung messen und an bekannten Spektrallinien eichen .

    Siehe zB:

    https://de.wikipedia.org/wiki/Charakteristische_R%C3%B6ntgenstrahlung

  14. #14 Alderamin
    23. Juni 2015

    @PDP10

    Aha, danke, ich kannte nur die Burschen hier:

    https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Wasserstoff-Termschema.svg

  15. #15 Higgs-Teilchen
    Im Standardmodell oben rechts
    24. Juni 2015

    @dgbrt

    Ist dgbrt in Wirklichkeit Dagobert ohne Selbstlaute? 🙂
    Nur so aus Interesse…..

  16. #16 dgbrt
    24. Juni 2015

    @Higgs:
    Knnte schn sn…
    Inspiriert von http://xkcd.com; xkcd gab es vorher bei google auch noch nicht!
    Meistens heißt er aber Scrooge McDuck; hätte also auch ScrgMcDck werden können, das wäre aber ja zu einfach für den Rest der Welt ;-).

  17. #17 dgbrt
    24. Juni 2015

    @PDP10:
    Danke, hätte ich eigentlich noch wissen müssen. Bei schweren Elementen sind die Übergänge bei den inneren Elektronen tatsächlich im Röntgenbereich. Ich frage mich aber, wie werden diese Atome im Halo einer Galaxie mit solchen Energien angeregt?

    Dieser Artikel http://adsabs.harvard.edu/abs/1969Ap&SS…4…64F von 1969 sagt: “The density of X-ray sources is nearly proportional to the square density of gas.” Das hängt dann doch wohl eher mit den Sternenentstehungen in diesen Regionen zusammen. Wo kommt die Röntgenstrahlung aus dem Halo der Galaxie her?

  18. #18 dgbrt
    24. Juni 2015

    Ich hatte es befürchtet:
    Der Link ist: http://adsabs.harvard.edu/abs/1969Ap&SS…4…64F

  19. #19 dgbrt
    24. Juni 2015

    @Alderamin:
    Dass die Sterne im Vordergrund gar nicht im Röntgenbereich zu sehen sind, bei einer Belichtung von 7 Tagen, finde ich nach wie vor etwas komisch. Aber vielleicht habe ich ja auch nur eine Mitteilung übersehen, dass das Röntgenbild von Störungen bereinigt wurde.

    Und wenn Sterne tatsächlich so schwach im Röntgenbereich strahlen, wo kommt dann diese massive Energie im Halo dieser Galaxie her? Da muss dann in 100 Mio. Lj. doch wohl etwas gewaltig brodeln… nicht nur das Schwarze Loch. Oder doch?

  20. #20 Alderamin
    25. Juni 2015

    @dgbrt

    Hauptsächlich brodeln da Supernovae, die das Gas aufheizen, siehe #8.

    Sorry, heute keine Zeit mehr, es geht morgen früh auf Reisen.

  21. #21 dgbrt
    25. Juni 2015

    @Alderamin:
    Ich wünsche eine gute Reise, das ist hoffentlich der wohlverdiente Urlaub.

    Du sagst: “Hauptsächlich brodeln da Supernovae…”. Mehrere Tausend gleichzeitig? Auch noch im Halo, wo fast keine Sterne mehr sind? Es geht dabei ja um Abstände von 10.000 bis 100.000 Lj.

    Ich will die beiden einzelnen Beobachtungen ja nicht im Geringsten anzweifeln, aber mir stellen sich nach wie vor einige Fragen:
    * Kann man eine Beobachtung von Chandra wirklich so genau lokalisieren wie das bei optischen Beobachtungen geht?
    *Sollte man nach 7 Tagen Belichtung nicht auch einen der näher gelegenen Sterne sehen können?

    Wenn eine Galaxie sich im Röntgenbereich so aufheizt muss man doch im optischen zumindest einige Indizien dafür finden können. Die Galaxie ist ja noch relativ nahe.

  22. #22 bikerdet
    25. Juni 2015

    @ dgbt :
    NGC 5813 wird in Stellarium mit Mag 10.7 angegeben.
    Aber wie Du Röntgenstrahlung ‘optisch’ erkennen willst, ist mir schleierhaft.
    Übrigens kannst Du die Sterne aus unserer Galaxie sehr einfach erkennen. Sie haben ‘Spikes’ . Und wenn Du jetzt fragst, warum es so wenige sind : Wenn es sehr viel mehr wären, könnte man die Galaxie nicht mehr sehen. Deshalb fotografien die Weltraumteleskope immer Bereiche die im optischen ‘leer’ sind. s. HubbleDeepField

  23. #23 PDP10
    25. Juni 2015

    @dgbrt:

    “Kann man eine Beobachtung von Chandra wirklich so genau lokalisieren wie das bei optischen Beobachtungen geht?”

    Hmmm … ich verstehe nicht ganz, wo du da einen Unterschied ausmachst.

    Was meinst du mit “genau lokalisieren”?

    Am Himmel? Also koordinaten-Technisch? Ganz sicher.
    Das ist nur eine Frage der Ausrichtung des Teleskops – bzw. der Genauigkeit der Ausrichtung.

    Wenn du die Entfernung meinst: Ich hab das Paper nicht gelesen – keine Ahnung, welche Standart-Kerzen die für die Entfernungsbestimmung gewählt haben – aber, wie gesagt, Dopplerverschiebung lässt sich bei jeder Wellenlänge für die man Spektrallinien zum Eichen hat immer in der gleichen Art und Weise bestimmen …

    Wie gesagt, ich verstehe nicht ganz, worauf du hinaus willst?

  24. #24 Alderamin
    29. Juni 2015

    @dgbrt

    Ich wünsche eine gute Reise, das ist hoffentlich der wohlverdiente Urlaub.

    Danke, war ein Kurztrip zur KiWo. Schon wieder da. 🙂

    Du sagst: “Hauptsächlich brodeln da Supernovae…”. Mehrere Tausend gleichzeitig? Auch noch im Halo, wo fast keine Sterne mehr sind? Es geht dabei ja um Abstände von 10.000 bis 100.000 Lj.

    Nein, eine typische Galaxie von der Größe der Milchstraße hat eine Supernova alle 50-100 Jahre. Aber das Gas bleibt tausende Jahre heiß und wegen der hohen Teilchengeschwindigkeit wird es weit in den intergalaktischen Raum geschleudert. Wenn ich mich nicht irre, entsteht die Röntgenstrahlung genau dann, wenn die schnellen Teilchen aus den Supernovae in langsameres Gas oder Staub hineinrammen und Bremsstrahlung aussenden. Jedenfalls sieht man z.B. hier (Punkt 11), dass Supernovaüberreste nach z.T. tausenden von Jahren noch kräftige Röntgenstrahler sind.

    * Kann man eine Beobachtung von Chandra wirklich so genau lokalisieren wie das bei optischen Beobachtungen geht?

    Wie man an der Detailschärfe der Aufnahme oben im Artikel sieht, ist die räumliche Auflösung jedenfalls besser als die Größe der abgebildeten Struktur, also kann man sie räumlich sehr gut verorten. Was die Entfernung betrifft: theoretisch wäre ja denkbar, dass man da ein Vordergrundobjekt in der Milchstraße genau auf der Sichtlinie zur Galaxie hat, auch wenn das unwahrscheinlich ist (ob man wirklich die Dopplerverschiebung im Röntgenbereich gemessen hat, weiß ich nicht, zumal der kosmologische Doppler auf diese Entfernung nicht sehr groß ist), aber man hat ja mehr als diese eine Galaxie mit aktivem Schwarzem Loch abgelichtet, und dass in jedem Fall ein Vordergrundobjekt der Milchstraße die Strahlungsquelle ist, ist dann doch sicher auszuschließen, was demnach auch im Einzelfall sehr unwahrscheinlich ist.

    *Sollte man nach 7 Tagen Belichtung nicht auch einen der näher gelegenen Sterne sehen können?

    Offenbar ist die Leuchtkraft von Fixsternen im Röntgenbereich nicht groß genug, um abgebildet zu werden. Man kann einen Röntgendetektor nicht mit einem CCD-Chip vergleichen, und einen Röntgenspiegel nicht mit einem optischen. Die Belichtungszeiten werden im Röntgenbereich generell viel höher sein als im Optischen. In keinem der Chandra-Bilder von Supernova-Überresten sind übrigens irgendwelche Sterne zu
    sehen.

    Wenn eine Galaxie sich im Röntgenbereich so aufheizt muss man doch im optischen zumindest einige Indizien dafür finden können.

    Im Optischen sieht man alles, was ein paar tausend Grad heiß ist, also im wesentlichen Sterne, sowie von UV-Licht zum Leuchten angeregtes Gas. Im Röntgenlicht sieht man Bremsstrahlung. Das sind verschiedene paar Schuhe, nicht alles Temperaturstrahlung. Allerdings sieht man bei Supernovaüberresten auch optisch etwas, weil das Gas auch Emissionslinien abstrahlt (aber eben keine oder kaum Temperaturstrahlung). Meist sind ja noch ein paar helle OB-Sterne in der Gegend einer ehemaligen Supernova, oder der Pulsar selbst liefert UV-Licht zur Anregung der Linienstrahlung. Außerhalb von Galaxien fehlen diese.

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