Indische Astronomen identifizieren erste Radiogalaxie mit vier Aktivitätszyklen des Schwarzen Lochs

Vier Jet-Generationen in einer gewaltigen Galaxie

Eine Galaxie, die sich über etwa 4,2 Millionen Lichtjahre erstreckt, hat Hinweise auf vier getrennte Aktivitätsphasen rund um ihr zentrales supermassereiches Schwarzes Loch bewahrt. Damit erhalten Astronomen eine ungewöhnlich lange Aufzeichnung davon, wie ein kosmischer Motor abschaltet und wieder anspringt.

Forscher des Indian Institute of Science Education and Research (IISER) Pune und des National Centre for Radio Astrophysics (NCRA-TIFR) identifizierten vier Paare heller Radiostrukturen in der S-förmigen Galaxie J023721.13-010528.5. Jedes Paar ist einer anderen Jet-Generation zuzuordnen: kraftvollen Strömen energiereicher Teilchen, die aus der Umgebung des Schwarzen Lochs ausgestoßen werden.

Das Team bezeichnet sie als die erste bekannte Radiogalaxie, bei der Hinweise auf vier solcher Phasen gefunden wurden. Von den Zehntausenden Radiogalaxien, die Astronomen untersucht haben, weisen die meisten eine größere Jet-Aktivitätsphase auf. Bei zuvor nur sechs Galaxien waren Hinweise auf drei Phasen identifiziert worden.

Die Studie wurde von Pavan Khadekar geleitet, einem Doktoranden am IISER Pune, der von Dharam Vir Lal vom NCRA-TIFR und Ramana Athreya vom IISER Pune betreut wurde. Die Ergebnisse wurden am 21. Oktober 2026 im The Astrophysical Journal veröffentlicht.

Was bedeutet ein Aktivitätszyklus eines Schwarzen Lochs?

Ein supermassereiches Schwarzes Loch kann eine Masse haben, die Millionen oder Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne. Materie, die sich um das Schwarze Loch sammelt, kann eine heiße, rotierende Strömung bilden. Ein Teil der Energie, die in dieser Umgebung freigesetzt wird, kann Jets antreiben, die weit über den sichtbaren Körper der Heimatgalaxie hinausreichen.

Astronomen bezeichnen eine Galaxie als Radiogalaxie, wenn Strukturen, die mit dieser Aktivität zusammenhängen, bei Radiowellenlängen stark leuchten. Radioteleskope erfassen diese Strahlung und machen so Strukturen sichtbar, die auf gewöhnlichen Aufnahmen im sichtbaren Licht möglicherweise fehlen.

Die Jets können Millionen Jahre lang aktiv bleiben, bevor sie verblassen. Bei einem späteren Neustart kann ein neues Paar entstehen, während ältere Strukturen weiter außen noch nachweisbar sind. Eine Galaxie kann daher mehrere Aktivitätsgenerationen gleichzeitig bewahren, ähnlich wie aufeinanderfolgende Spuren in einer Landschaft Ereignisse aus verschiedenen Zeiten festhalten können.

Bei J023721.13-010528.5 besteht der zentrale Befund darin, dass in demselben System vier Generationen vorhanden sind. Das Schwarze Loch bleibt während dieser Phasen an Ort und Stelle; verändert wird die Aktivität der Materie in seiner Umgebung und der Jets, die sie antreibt.

Wie das Team die Geschichte der Galaxie rekonstruierte

Khadekar und seine Kollegen kombinierten Beobachtungen des Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) in Indien, des Very Large Array in den Vereinigten Staaten und des MeerKAT-Teleskops in Südafrika. Zusammen ermöglichten diese Beobachtungen dem Team, die ausgedehnte Radiostruktur der Galaxie zu untersuchen und Strukturen verschiedenen Phasen zuzuordnen.

Die entscheidenden Hinweise waren vier Hotspot-Paare. Ein Hotspot ist eine helle Region, die mit einem Jet zusammenhängt und oft dort liegt, wo der schnelle Strom Energie auf die umgebende Materie überträgt. Solche Regionen helfen Astronomen nachzuvollziehen, wie weit ein Jet gereist ist und wie er mit seiner Umgebung wechselwirkte.

Vier Paare bedeuten acht helle Regionen, die sich zu vier zusammengehörigen Gruppen ordnen lassen. Die Zuordnung zu Paaren ist wichtig, weil Jets gewöhnlich in entgegengesetzte Richtungen aus der Zentralregion austreten. Die Forscher deuteten die vier Gruppen als Hinweise auf getrennte Generationen und nicht auf eine einzige ununterbrochene Phase.

Athreya war zunächst nicht überzeugt, dass die Galaxie eine vierte Aktivitätsphase erreicht hatte, obwohl Lal darauf beharrte. Wie er sagte, habe es gedauert, überzeugende Belege herauszuarbeiten. Diese sorgfältige Prüfung war für den Befund entscheidend: Um eine vierte Generation zu identifizieren, musste das Team nachweisen, wie die beobachteten Strukturen zusammenpassten.

Eine Geschichte, gemessen in Millionen Jahren

Das geschätzte Alter der Hotspot-Generationen reicht von etwa sechs bis 21 Millionen Jahren. Außerdem datieren die Forscher den Beginn der jüngsten Aktivitätsphase auf einige Millionen Jahre. Diese Schätzungen beschreiben eine anhand der Radiostrahlung der Galaxie rekonstruierte Geschichte und keine Veränderungen, die sich im Laufe eines Menschenlebens beobachten lassen.

Der grobe zeitliche Ablauf:

• Vor etwa 21 Millionen Jahren: das obere Ende der geschätzten Altersspanne der beobachteten Jet-Generationen.
• Vor etwa sechs Millionen Jahren: das untere Ende dieser geschätzten Spanne.
• Vor einigen Millionen Jahren: der ungefähre Beginn der vierten und jüngsten Aktivitätsphase.
• 21. Oktober 2026: das angegebene Veröffentlichungsdatum der Ergebnisse im The Astrophysical Journal.

Die genannten Werte umfassen rund 15 Millionen Jahre zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Spanne. Das verdeutlicht die zeitliche Tiefe der Aufzeichnung, auch wenn die Forscher keinen vollständigen Zeitplan für jeden Neustart oder die Ruhephasen dazwischen vorgelegt haben.

Astronomen schätzen das Alter von Radiostrukturen anhand ihrer physikalischen Eigenschaften und mithilfe von Modellen ihrer Entwicklung. Energiereiche Teilchen verändern sich, während sie Strahlung abgeben und sich fortbewegen, und hinterlassen so Hinweise im Radiosignal. Die daraus abgeleiteten Alter sind Schätzungen; die Abfolge lässt sich daher am besten auf einer Zeitskala von Millionen Jahren verstehen.

Warum vier Phasen diese Galaxie ungewöhnlich machen

J023721.13-010528.5 fügt der Art von Geschichte, die Astronomen selbst über drei Phasen hinweg nur selten nachvollziehen konnten, ein viertes Kapitel hinzu. Die sechs zuvor identifizierten Galaxien mit drei Phasen lieferten Beispiele wiederholter Aktivität; dieses Objekt erweitert die beobachtete Abfolge um eine weitere Generation.

Die Größe der Galaxie macht diese Aufzeichnung besonders beeindruckend. Ein Lichtjahr ist die Strecke, die das Licht in einem Jahr zurücklegt. Für 4,2 Millionen Lichtjahre würde das Licht also etwa 4,2 Millionen Jahre benötigen. Die angegebene Größe bezieht sich hier auf die gewaltige Galaxie und ihre Radiostruktur.

Auch die S-förmige Gestalt gehört zur beobachteten Geometrie. In der Studie wird sie zusammen mit den mehreren Hotspot-Paaren beschrieben, doch die Ursache der Krümmung wurde im Bericht über die Entdeckung nicht geklärt. Die Form zu erklären und die Aktivitätszyklen zu rekonstruieren sind miteinander verbundene Aufgaben, für die die Anordnung der Radiostrukturen genau untersucht werden muss.

Der wissenschaftliche Wert besteht darin, dass aufeinanderfolgende Phasen rund um denselben zentralen Motor erhalten geblieben sind. Forscher können diese Generationen innerhalb einer einzigen Galaxie vergleichen, in der sie dieselbe Heimatgalaxie und Umgebung teilen, statt sich ausschließlich auf Vergleiche zwischen verschiedenen Objekten zu stützen.

Werden die Jets schwächer oder kürzer?

Die Forscher vermuten, dass die Jets mit jeder weiteren Phase an Leistung verlieren, kürzer aktiv bleiben oder beides. Vier Generationen bieten mehr Möglichkeiten, diese Vermutung zu untersuchen, als eine Galaxie mit nur einem sichtbaren Neustart.

Leistung und Dauer beschreiben unterschiedliche Dinge. Ein weniger leistungsstarker Jet gibt langsamer Energie ab. Eine kürzere Phase setzt über einen geringeren Zeitraum Energie frei. Beide Veränderungen können die zurückbleibenden Strukturen beeinflussen; zugleich kann das umgebende Gas mitbestimmen, wie sich ein Jet ausdehnt und verblasst.

Die Vermutung betrifft also mögliche Veränderungen der Leistung des Schwarzen Lochs im Verlauf wiederholter Phasen. Die Entdeckung liefert den Forschern ein System, in dem sie dieses Muster untersuchen können, da sich ältere Überreste und jüngere Strukturen vergleichen lassen.

Warum die Aktivität wiederholt endet und erneut einsetzt, ist weiterhin unbekannt. Der Prozess, der die Jets antreibt, wird durch Materie gespeist, die in die zentrale Region gelangt. Veränderungen dieser Zufuhr sind daher wichtig, um den Zyklus zu verstehen. Um zu klären, was in dieser Galaxie konkret geschah, sind weitere Untersuchungen ihrer Radiostrukturen und ihrer Umgebung erforderlich.

Drei Observatorien, eine gemeinsame Aufzeichnung

Für die Entdeckung wurden Beobachtungen von Instrumenten auf drei Kontinenten zusammengeführt. Unterschiedliche Radiobeobachtungen helfen Forschern dabei, sowohl helle, kompakte Strukturen als auch deutlich lichtschwächere, ausgedehnte Emission zu untersuchen. Bei einer Galaxie mit mehreren Aktivitätsgenerationen ist das Aufspüren solcher älteren Spuren entscheidend, um ihre Geschichte zu rekonstruieren.

Khadekar, der die Studie leitende Doktorand am IISER Pune, beschrieb, wie der Zugang zu Observatoriumsdaten die Untersuchung unterstützte:

„Viele Radioteleskope stellen ihre Daten Forschern weltweit frei zur Verfügung. Diese kooperative Philosophie der Observatorien ermöglicht eine umfassendere Untersuchung und eine effizientere Nutzung der Daten: Verschiedene Wissenschaftler können dieselben Beobachtungen nutzen, um unterschiedlichen Fragestellungen nachzugehen“, sagte Khadekar.

Die Kombination der Beobachtungen von GMRT, Very Large Array und MeerKAT verdeutlicht diesen Ansatz. Eine für eine Untersuchung erhobene Radiobeobachtung kann auch Hinweise enthalten, die für eine andere nützlich sind. Dazu gehören schwache Strukturen, deren Bedeutung erst beim Vergleich mit anderen Daten deutlich wird.

Weitere Studien ähnlicher Galaxien könnten zeigen, wie häufig wiederholte Aktivität vorkommt und ob spätere Jets üblicherweise schwächer oder kürzer werden. Bislang bietet J023721.13-010528.5 einen seltenen Fall mit vier Generationen, die untersucht werden können. Damit reicht die beobachtete Geschichte wiederholter Aktivität Schwarzer Löcher über die bislang bekannten Beispiele hinaus.

Wichtige Punkte

• Forscher des IISER Pune und des NCRA-TIFR identifizierten die erste bekannte Radiogalaxie mit Hinweisen auf vier getrennte Aktivitätsphasen eines Schwarzen Lochs.
• Die S-förmige Galaxie J023721.13-010528.5 erstreckt sich über etwa 4,2 Millionen Lichtjahre.
• Vier Hotspot-Paare zeichnen verschiedene Jet-Generationen nach, deren geschätztes Alter zwischen sechs und 21 Millionen Jahren liegt.
• Die jüngste Phase scheint vor einigen Millionen Jahren begonnen zu haben.
• Das Team kombinierte Beobachtungen des indischen GMRT, des Very Large Array in den Vereinigten Staaten und des MeerKAT-Teleskops in Südafrika.
• Die Forscher vermuten, dass aufeinanderfolgende Jets schwächer werden oder kürzer aktiv bleiben könnten. Warum die Aktivität wiederholt endet und erneut einsetzt, ist weiterhin unbekannt.