Der kosmische Tanz des ‚Weltraumklees‘

Ungewöhnliche Radiokreise (Odd Radio Circles, ORC), eine kürzlich identifizierte neue Klasse ausgedehnter schwacher Radioquellen, haben die Neugierde von Astronomen weltweit geweckt. Bahnbrechende Beobachtungen eines Teams unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik enthüllen den ersten Nachweis von diffusem Röntgengas in der Nähe des Kleeblatt-ORC. Durch die Nutzung der hervorragenden Fähigkeiten des XMM-Newton-Teleskops sowie ergänzenden Multi-Wellenlängen-Beobachtungen konnte das Team den Ursprung des ORC als einen kosmischen Tanz zweier Galaxiengruppen aufdecken.

Jüngste Fortschritte in der Radioastronomie haben zur Entdeckung von schwachen Radioquellen geführt, den so genannten Odd Radio Circles (ORCs). Diese neue Kategorie extragalaktischer Quellen zeichnet sich durch ihre einzigartige Morphologie aus, eine ringförmige Emission mit besonders hellen und klumpigen Rändern sowie helle und unregelmäßige Emissionsspitzen im Zentrum. Der Kleeblatt-ORC ist ziemlich nah - sein Licht musste "nur" etwa 600 Millionen Jahre reisen, um uns zu erreichen (Rotverschiebung 0,046). Erste Beobachtungen deuteten auf eine mögliche Verbindung mit einer elliptischen Zentralgalaxie hin.

Eine bahnbrechende Studie unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE) hat den Kleeblatt-ORC nun mit dem XMM-Newton-Observatorium ins Visier genommen. Die intensive Analyse des Teams hat zu unerwarteten Ergebnissen geführt. „Auch wenn die Quelle in den Daten des Röntgenteleskops eROSITA nur schwach zu erkennen ist, wollten wir uns dieses faszinierende System genauer ansehen und hatten das Glück, die nötige Teleskopzeit zu erhalten“, erläutert Esra Bulbul, die die Gruppe am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) leitet.  „Zu unserer Überraschung ist die von uns entdeckte ausgedehnte Röntgenemission quer zur Radioemission ausgerichtet.“

Das Forschungsteam hat zwei auffällige Spitzen identifiziert, die beide faszinierende Eigenschaften aufweisen. Der südliche Röntgenpeak, der genau mit der hellsten Radioemission übereinstimmt, hat ein optisches Gegenstück, eine elliptische Zentralgalaxie. Im Gegensatz dazu weist der nordöstliche Peak rätselhafte Merkmale auf, er hat weder ein optisches Gegenstück noch entspricht er einer hellen Radioquelle. Weitere Untersuchungen des diffusen Röntgengases, das den Kleeblatt-ORC umgibt, deuten darauf hin, dass sich der ORC in einer mit Gas gefüllten Region befindet, die den Raum innerhalb der kleinen Galaxiengruppen durchdringt.

Das Team entdeckte eindeutige Hinweise darauf, dass sich das Kleeblatt-ORC-System mitten in einer Verschmelzung befindet. Bei einer genaueren Untersuchung einzelner Galaxien innerhalb des Systems fanden die Forscher erhebliche Störungen in deren Morphologie, insbesondere in Richtung Osten. Die Studie zeigt auch eine Untergruppe mit hohen Geschwindigkeiten, die bei optischen Wellenlängen erkennbar ist. Zusammen mit der gestörten Morphologie der Röntgenemission des gruppeninternen Mediums ist dies ein deutlicher Hinweis auf eine aktuelle Verschmelzung innerhalb des Kleeblatt-ORC. Signifikante Abweichungen zwischen Galaxien und Röntgengas werden häufig bei der Verschmelzung großer Galaxienhaufen beobachtet, sind aber innerhalb von Galaxiengruppen selten. Xiaoyuan Zhang, Postdoktorand am MPE und Zweitautor der Studie, betont, wie wichtig tiefere Röntgenbeobachtungen sind, um die thermische Geschichte des gruppeninternen Mediums zu verfolgen und tiefere Einblicke in das Fusionsszenario zu gewinnen. „Wenn wir die thermische Geschichte des gruppeninternen Mediums aufspüren wollen, die Aufschluss über das Verschmelzungsszenario geben würde, brauchen wir in Zukunft tiefere Röntgenbeobachtungen“, kommentiert Zhang.

Da bisher nur acht ORCs bekannt sind, muss jede mögliche Erklärung für ihren Ursprung die Frage beantworten, warum sie so selten sind.  Die führende Theorie über die Seltenheit von ORCs besagt, dass nur wenige geometrische Faktoren zu ihrer Beobachtung im Zusammenhang mit solchen Verschmelzungen führen. Eine faszinierende Hypothese zu dem beobachteten starken Radiosignal besagt, dass die supermassereichen Schwarzen Löcher innerhalb des ORC in der Vergangenheit Phasen intensiver Aktivität durchlaufen haben. Die durch diese Aktivität beschleunigten Elektronen könnten durch die laufende Verschmelzung wieder beschleunigt werden und so zu dem beobachteten starken Radiosignal beitragen. „Obwohl das Verschmelzungsszenario die Eigenschaften des Kleeblatt-ORCs auf natürliche Weise erklärt, müssen wir vorsichtig sein, da es sich nur um ein einziges System handelt“, betont Esra Bulbul. „Durch umfassende Beobachtungen über einen weiten Wellenlängenbereich wollen wir auch die Ursachen für andere ORCs entschlüsseln.“

Hinweis

Dieses Projekt wurde vom Europäischen Forschungsrat (ERC) im Rahmen des Forschungs- und Innovationsprogramms "Horizon 2020" der Europäischen Union gefördert ("grant agreement No 101002585").