Neue Forschungen legen nahe, dass Galaxien einem frühen Tod entgehen, dank supermassiver Schwarzer Löcher, die wie "Herzen" und "Lungen" agieren, indem sie ihr Wachstum regulieren und verhindern, dass sie zu groß werden.

Ohne diesen Mechanismus würde das Universum viel schneller altern, und die heutigen Galaxien wären von toten und sterbenden Sternen überwältigt.

Eine Studie, die in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde, beschäftigt sich mit einem der großen Geheimnisse des Universums - warum Galaxien nicht so groß sind, wie erwartet.

Etwas scheint ihr Potenzial zur Aufnahme von Gas, das sich in Sterne verwandelt, zu begrenzen, anstatt unendlich zu wachsen; etwas innerhalb widersteht der Gravitation.

Astrophysiker der University of Kent glauben, dass sie das Geheimnis entdeckt haben. Sie schlagen vor, dass Galaxien ihr Wachstum durch die Art und Weise kontrollieren, wie sie "atmen".

Forscher vergleichen das supermassive Schwarze Loch im Zentrum einer Galaxie mit einem Herzen und die zwei bipolaren Überschallstrahldüsen aus Gas und Strahlung, die es ausstößt, mit den Atemwegen, die die Lungen versorgen.

Die Pulsationen des Schwarzen Lochs - oder des "Herzens" - können zu Oszillationen in den Stoßfronten der Jets führen, ähnlich wie sich das Zwerchfell im menschlichen Körper innerhalb der Brusthöhle bewegt, um die Lungen aufzublasen und abzulassen.

Dies führt zur Übertragung der Jet-Energie weit in das umgebende Medium, wodurch die Akkretion von Gas und das Wachstum der Galaxie verlangsamt werden.

Doktorand Carl Richards entwickelte diese Theorie mithilfe neuer Simulationen. Er ermöglichte es dem Schwarzen Loch, zu pulsieren, und den Düsen, unter hohem Druck zu stehen, was einer Hypertonie im menschlichen Körper ähnelt. Dieses Setup führte zur Abgabe von Schallwellen, ähnlich wie Wellen auf einem Teich.

Das Phänomen ist vergleichbar mit den Schall- und Stoßwellen, die beim Öffnen einer Champagnerflasche, dem Quietschen von Autoreifen, dem Raketenabgas und dem Durchbrechen von Druckversiegelungen entstehen.

"Wir haben erkannt, dass es einen Weg geben muss, wie die Düsen den Körper - das umgebende Gas der Galaxie - unterstützen können, und das haben wir in unseren Computersimulationen entdeckt," sagte Richards.

"Unerwartetes Verhalten wurde offenbart, als wir Hochdrucksimulationen analysierten und dem Herzen ermöglichten, zu pulsieren. Dies sendete eine Reihe von Pulsationen in die Jets, was eine Formänderung aufgrund der Wirkung der oszillierenden Stoßfronten verursachte."

Diese Hochdruckdüsen dehnten sich effektiv "wie Lungen voller Luft" aus, sagten die Forscher. Dabei übertrugen sie Schallwellen in die umliegende Galaxie in Form einer Reihe von Druckwellen, die dann zeigten, dass sie das Wachstum der Galaxie unterdrücken.

Beweise für Wellen in extragalaktischen Medien, wie sie im Perseus-Galaxienhaufen beobachtet wurden, deuten auf Schallwellen hin, die von den Düsen des supermassiven Schwarzen Lochs erzeugt werden. Diese Wellen wurden bereits als verantwortlich für die Aufrechterhaltung des Umgebungsumfelds um Galaxien angesehen.

Konventionelle kosmologische Simulationen können die Gasströme in Galaxien nicht erklären, was zu einem der großen Geheimnisse des Universums führt, und so verlässt man sich auf ein hochaktives Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie, um Widerstand zu leisten.

"Es ist nicht einfach, dies zu erreichen, wir haben Einschränkungen hinsichtlich der Art der Pulsation, der Größe des Schwarzen Lochs und der Qualität der Lungen," sagte Mitautor Professor Michael Smith.

"Zu schnelles oder zu langsames Atmen wird die notwendigen Erschütterungen nicht liefern, um das galaktische Medium aufrechtzuerhalten und das Herz mit Treibstoff zu versorgen."

Forscher schlossen, dass die Lebensdauer einer Galaxie mit Hilfe ihres "Herzens und ihrer Lungen" verlängert werden kann, wobei der supermassive Schwarze Lochmotor hilft, das Wachstum durch Begrenzung der Menge an Gas, das sich in den frühen Phasen in Sterne verwandelt, zu hemmen.

Dieser Mechanismus hilft bei der Entstehung der Galaxien, die wir heute sehen.

Ohne diesen Prozess hätten Galaxien ihr Treibstoff bereits aufgebraucht und wären ausgestorben, wie einige "rote und tote" oder "Zombie"-Galaxien.

Quelle: Royal Astronomical Society