Größte Galaxie wirft Licht auf Urknallschöpfungsereignis

Während meiner Zeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter im Bereich der Radioastronomie an der Caltech University verbrachte ich viel meiner Zeit im Owens Valley Radio Observatorium im Osten von Kalifornien. Dort habe ich ein Array von Teleskopen fürs Studieren von Synchrotron-Strahlung hoher Intensität, die von Quasaren und überriesigen Galaxien emittiert wird, oft benutzt. Synchrotron-Strahlung ist elektromagnetische Strahlung, die emittiert wird, wenn geladene Teilchen bis auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Was wir über diese aus den Lobes der Riesengalaxien strömende Strahlung lernen, liefert uns auch Daten, die kosmischen Schöpfungsmodellen informieren.

Um meine Wertschätzung für die Ingenieure und Mitarbeiter im Observatorium auszudrucken, habe ich “Synchrotron-Kekse” für sie gebacken. Sie haben mir gesagt, dass die Kekse den Namen wirklich verdient hatten: Sie waren die größten, kalorienreichsten, nährstoffdichtsten Kekse, die sie je gegessen hatten. Sie waren perfekt für lange Wanderausflüge in die nahegelegen Sierra Nevada Bergen.

Die Suche nach Lobes
In den Jahrzehnten seit meiner Beobachtungszeit haben Forscher weitere Einsichten in diese energieintensive Eigenschaften der Galaxien gesammelt. Riesenradiogalaxien (English “giant radio galaxies” oder “GRGs”) sind die größten kosmischen Strukturen, die Einzelgalaxien erzeugen. Sie sind durch aktive galaktische Kerne, die Jets von Synchrotron-Strahlung ausstoßen, gekennzeichnet. Typischerweise stoßen GRGs zwei Jets aus, die in entgegengesetzte Richtungen (180°) ausstrahlen. Die Jets nehmen allmählich ab oder sie enden in riesigen, diffusen, heißen Lobes. Die heißen Gaslobes, die sich bilden, strahlen Radiowellen niedriger Frequenzen aus. Abbildung1 zeigt eine typische GRG mit weit ausgebreiteten Lobes.

Abbildung1: Hercules A (3C 348), eine Riesenradiogalaxie
Die Radiobildgebung (pink) wird über dem optischen Bild eingeblendet. . 3C 348 ist 1.000-fach massiver als die Milchstraße.
Bildnachweis: NASA, ESA, S. Baum und C. O’Dea (RIT), R. Perley und W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), und das Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Radioastronomen entdeckten GRGs vor 75 Jahren. Seitdem haben sie viel über ihre charakteristischen Eigenschaften und die intensiven Synchrotron-Strahlung-Ereignisse, die ihre Jets und Lobes erzeugen, gelernt. Aber eine wichtige Frage zu GRGs blieb ohne Antwort: Sind es die Eigenschaften der Heimatgalaxie, die die Bildung dieser enormen, weit-gespannten Lobes aus heißem, diffusem Gas treiben, sind es die Eigenschaften des intergalaktischen Mediums in der Umgebung der GRG, oder ist es eine Kombination der Beiden? Um diese Frage zu beantworten und ihre kosmologischen Folgen zu verstehen, hat ein von Martijn Oei geleitetes Team aus 12 Astronomen eine ausführliche Studie der größten, bekannten GRGs durchgeführt.1

Das von Oei geleitete Team hat den zweiten und neuesten Datensatz aus dem Low-Frequency Array (LOFAR) Two-Metre Sky Survey wiederbearbeitet. Ihre Wiederbearbeitung hat die kompakten Radioquellen ausgeschnitten und die Bildqualität der diffusen, schwachen Strahlungsquellen verstärkt. Das Ergebnis war bei Weitem, “die bis jetzt empfindlichste Vermessung von Lobes in Radiogalaxien.”2

Was Alcyoneus zeigt
Ein Ergebnis der von Oei und Kollegen durchgeführten Vermessung war die Entdeckung der größten, bekannten GRG. Dieser haben sie den Namen Alcyoneus gegeben. In der griechischen Mythologie war Alcyoneus der Riese, der mit Herakles gekämpft hat. Die berechnete richtige Länge (Länge aus der Beobachtungsperspektive der Erde) von Alcyoneus beträgt 4,99 ± 0,04 Megaparsecs (16,3 Millionen Lichtjahren). Die echte Länge ist mindestens 5,04 Megaparsecs (16,4 Millionen Lichtjahren). Abbildung 2 zeigt die stellare Komponente der Galaxis (der winzige helle Punkt mitten im Bild), die zwei Jets, die aus den entgegen gelegenen Seiten der stellaren Komponenten (der Jet rechts ist heller als der Jet links) strahlen, und die zwei riesigen Lobes. In Abbildung 3 habe ich eine maßstabgerechte Karte der sieben größten Galaxien der Local Group angefertigt: Andromeda Galaxy, Milky Way Galaxy, Große und Kleine Magellanische Wolken, Triangulum Galaxy, und die zwei großen Zwerggalaxien M32 und NGC 205, die die Andromeda Galaxie begleiten. Zusammen mit diesen sieben Galaxien umschließt die Local Group mehr als hundert kleine Zwerggalaxien. Abbildung 3 zeigt die Größe des Alcyoneus im Vergleich zu der Entfernung, die die Andromeda Galaxie und die Milchstraße trennt.

Abbildung2: Giant Radio Galaxy Alcyoneus
Bildnachweis: Martijn Oei et al., Astronomy & Astrophysics 660 (April 2022): id. A2

Abbildung3: Die größeren Galaxien in der Local Group
Karte von: Hugh Ross; Bildnachweis, Galaxien: NASA/ESA/ESO/JPL-Caltech(R. Hurt)

Abbildung 4: Größe von Alcyoneus im Vergleich zur Entfernung zwischen der Milchstraße und Andromeda Galaxie, mit lila Sternen gekennzeichnet
Alcyoneus Bildnachweis: Martijn Oei et al., Astronomy & Astrophysics 660 (April 2022): id. A2

So riesig Alcyoneus auch ist, ist sie etwa weniger als durchschnittlich für die uns bekannten GRGs. Der Erzeuger dieser zwei riesigen Lobes ist (1) eine elliptische Galaxie auf eine Entfernung von 2,933 Milliarden Lichtjahren mit einer stellaren Masse von 240 Milliarden Sonnenmassen und (2) ein supermassives Schwarzes Loch im galaktischen Kern mit einer Masse von 400 Millionen Sonnenmassen. Obwohl diese Massen viel größer sind als die stellare Masse der Milchstraße, die 54 Milliarden Sonnenmassen gleich ist3 zusammen mit der eines supermassiven Schwarzes Loch mit einer Masse von 4 Millionen Sonnenmassen ,4 erreichen sie nur in den 25. bzw. 23. Prozentrang unter GRGs.

Die kinetische Energie der zwei Jets des Alcyoneus ist leicht unter dem Durchschnitt für die uns bekannten GRGs. Diese Eigenschaft hat die Astronomen überrascht. Aber die Lobes des Alcyoneus weisen ein Rekordvolumen auf: 1,5 Millionen Kubikparsecs (oder 52 Millionen Kubiklichtjahren für den Nord-Lobe) und 1,0 Millionen Kubikparsecs (oder 35 Millionen Kubiklichtjahren für den Süd-Lobe). Oei und seine Kollegen haben einen Gleichverteilungsdruck von 4.9 x 10-16 Pascals für die zwei Lobes und eine Gleichverteilungsmagnetfeldstärke von 46 Picoteslas für die zwei Lobes. Zum Vergleich: Der Luftdruck auf der Erdoberfläche = 101.325 Pascals und die durchschnittliche Magnetfeldstärke auf der Erdoberfläche = 0,000045 Teslas.

Alcyoneus wird auch größer werden. Seine Lobes dehnen sich noch aus. Das Team hat die Ausdehnungsgeschwindigkeit mit 1% der Lichtgeschwindigkeit gemessen. Der gemessene Durchmesser vom Nord Lobe des Alcyoneus beträgt 4,57 Million Lichtjahren, was wiederum ein Alter von 2,28 Millionen Jahren ergibt. Dadurch hat das von Oei geleitete Team noch eine Widerlegung von Young-Earth Creationism geliefert.5

Unter den 151 GRGs, von denen wir den Druck in den Lobes kennen, hat Alcyoneus bei weitem den niedrigsten Druck in den Lobes. Er ist so niedrig, dass er mit dem Druck in warm-heißen intergalaktischen Medium vergleichbar ist. Die Entdeckung und Forschung von Alcyoneus durch die Astronomen beweist, dass weder extrem-massive Galaxien noch extrem-massive Schwarze Löcher notwendig sind, um sehr große Lobes aus tiefer Radiofrequenzstrahlung zu erzeugen. Stattdessen finden wir die Erklärung für die riesigen Lobes des Alcyoneus in der Tatsache, dass er sich in einem Teil des intergalaktischen Mediums befindet, das von geringer Dichte ist.

Bestätigung der Schöpfung durch den Urknall
Eine akribisch-genaue Analyse des zweiten Datensatzes vom LOFAR war nötig, Alcyoneus zu entdecken. Weitere empfindliche Durchmusterungen des tiefen Radiofrequenzbereichs haben das Potential, noch mehr GRGs zu entdecken, die Lobes haben, die so groß wie die von Alcyoneus sind oder größer. Eine solche künftige Entdeckung von GRGs, die Lobes haben, die so groß wie die von Alcyoneus oder noch größer, würde den Astronomen ein mächtiges Messinstrument fürs Kartieren von den Eigenschaften des intergalaktischen Mediums geben. Diese Fähigkeit würde ein genaueres und detailreicheres Modell der kosmischen Schöpfung liefern.

Die Entdeckung vom Oei-Team und seine Messungen zeigen schon, dass zunehmendes Wissen über GRGs und das intergalaktische Medium auch zunehmend-konsistent mit dem ΛCDM Urknall-Schöpfungsmodell wird. In diesem Modell ist dunkele Energie, Λ, die Hauptkomponente des Universums und kalte dunkele Materie, CDM, die zwei-dominanteste Komponente. Während Astronomen im zwanzigsten und ein-und-zwanzigsten Jahrhundert festgestellt haben, dass das Universum aus einem Urknall-Schöpfungsereignis entstanden sein muss, haben vor 2.500 bis 3.000 Jahren die Autoren der Bibel zuerst vorausgesagt, dass das Universum die vier Fundamentaleigenschaften eines Urknall-Universums haben würde.66

Endnoten

  1. Martijn S. S. L. Oei et al., “The Discovery of a Radio Galaxy of at Least 5 Mpc,” Astronomy & Astrophysics 660 (April 2022): id. A2, doi:10.1051/0004-6361/202142778.
  2. Oei et al., “The Discovery of a Radio Galaxy,” S. 1.
  3. Paul J. McMillan, “The Mass Distribution and Gravitational Potential of the Milky Way,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 465, nr. 1 (Februar 11, 2017): 76–94, doi:10.1093/mnras/stw2759.
  4. The GRAVITY Collaboration, R. Abuter et al., “A Geometric Distance Measurement to the Galactic Center Black Hole with 0.3% Uncertainty,” Astronomy & Astrophysics: Letters 625 (Mai 2019): id. L10, doi:10.1051/0004-6361/201935656.
  5. For a comprehensive biblical and scientific refutation of young-earth creationism, see my book, A Matter of Days: Resolving a Creation Controversy,2. erw. Auflage. (Covina, CA: RTB Press, 2015).
  6. Hugh Ross und John Rea, “Big Bang—The Bible Taught It First!Reasons to Believe, Juli 1, 2000; Hugh Ross, “Does the Bible Teach Big Bang Cosmology? Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, August 26, 2019.