Die Kerne der meisten Galaxien beherbergen supermassive Schwarze Löcher mit Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen. Materie in der Nähe solcher Schwarzen Löcher kann sich in einem Torus aus Staub und Gas um das Schwarze Loch herum ansammeln (Akkretion genannt), und wenn das passiert, strahlt der Kern stark im gesamten elektromagnetischen Spektrum.
Diese aktiven galaktischen Kerne (Active Galactic Nuclei, AGNs) gehören zu den dramatischsten und interessantesten Phänomenen in der extragalaktischen Astronomie und sind darüber hinaus auch rätselhaft. Was genau die Akkretion von Materie an- und abschaltet, wie die damit zusammenhängenden Prozesse die Emissionen produzieren, Materiejets erzeugen oder die Sternentstehung in der Galaxie beeinflussen, ist nicht vollständig verstanden.
Weil aktive galaktische Kerne eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Galaxien spielen, untersuchen Astronomen Galaxien mit aktiven galaktischen Kernen in kosmologischen Distanzen. Man vermutet, dass die signifikanteste Bildung von aktiven galaktischen Kernen in den früheren Epochen des Universums stattfand, etwa zehn Milliarden Jahre nach dem Urknall. Aber aktive galaktische Kerne in diesen Distanzen sind auch schwach und schwerer zu entdecken. In der Vergangenheit wurden sie wegen ihrer sehr rötlichen Farben aufgrund starker Verdunkelung durch Staub aufgespürt, oder durch charakteristische Emissionslinien (die sehr heißes Gas anzeigen), und/oder durch ihre Veränderlichkeit.
Die Astronomen Matt Ashby, Steve Willner und Giovanni Fazio vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) und zwei Kollegen nutzten Himmelsdurchmusterungen im tiefen Infrarotbereich, die im Laufe von 14 Jahren vom IRAC-Instrument des Weltraumteleskops Spitzer gemacht wurden, um nach fernen aktiven galaktischen Kernen zu suchen. Im Rahmen der verschiedenen Himmelsdurchmusterungen im Archiv wurden verschiedene Regionen des Himmels bis zu elf Mal nacheinander gescannt, um immer tiefer in den Kosmos zu blicken. Die multiplen Beobachtungen erlauben die Entdeckung veränderlicher Quellen.
Die Astronomen fanden fast 1.000 infrarotveränderliche Galaxien in diesen Himmelsdurchmusterungen – das entspricht etwa einem Prozent aller dabei registrierten Galaxien. Sie schätzen, dass circa 80 Prozent dieser veränderlichen Quellen aktive galaktische Kerne sind. Die anderen sind entweder Supernovae oder fragwürdige Daten. Die Veränderlichkeit wurde in Studien mit anderen Wellenlängen aufgrund starker Verdunkelung um den Kern und/oder die Schwäche der Röntgenemissionen nicht beobachtet. Die infraroten Wellenlängen können den verdunkelnden Staub durchdringen.
Das Team untersuchte Hubble-Aufnahmen der Quellen und stellte fest, dass eine Mehrheit Anzeichen für Störungen aufweist, möglicherweise aufgrund von Kollisionen zwischen Galaxien. Die Ergebnisse der Forscher sprechen dafür, dass eine Veränderlichkeit im mittleren Infrarotbereich eine einzigartige Population von Galaxien mit aktiven galaktischen Kernen identifiziert.
Abhandlung: „Morphologies of mid-IR Variability-Selected AGN Host Galaxies“ von Mugdha Polimera, Vicki Sarajedini, Matthew L. N. Ashby, S. P. Willner und Giovanni G. Fazio, MNRAS 476, 1111, 2018
(THK)
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