VLT bestätigt Theorie

„Staub-Donut“ verbirgt massereiches Schwarzes Loch

Wissenschaft
16.02.2022 17:06

Eine glühende Donut-förmige Scheibe aus Staub und Gas verbirgt ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie Messier 77 (M77). Das zeigen Beobachtungen mit dem Very Large Telescope Interferometer (VLTI) der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile.

Wie ein internationales Forscherteam mit österreichischer Beteiligung im Fachjournal „Nature“ berichtet, bestätigen die bisher schärfsten Bilder dieser Konstellation eine Jahrzehnte alte Theorie über „Aktive Galaxienkerne“.

Die Galaxie Messier 77 (links) mit einer Nahaufnahme ihres aktiven Kerns (rechts) (Bild: ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.)
Die Galaxie Messier 77 (links) mit einer Nahaufnahme ihres aktiven Kerns (rechts)

Leuchtkräftigste Objekte im Universum
„Aktive Galaxienkerne“ (Active Galactic Nuclei, kurz AGN) zählen zu den leuchtkräftigsten Objekten im Universum. Es handelt sich um extrem starke Energiequellen, angetrieben von einem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum bestimmter Galaxien. Treibstoff für die alles überstrahlenden AGN sind große Mengen an kosmischem Staub und Gas, die sich spiralförmig auf das Schwarze Loch zubewegen und dabei enorme Energiemengen freisetzen.

Bei den schon seit Jahrzehnten bekannten AGN wurden verschiedene Erscheinungsbilder beobachtet: Manche „Aktive Galaxienkerne“ strahlen hell im sichtbaren Licht, andere - wie jener in der aktuellen Studie beobachtete Kern von Messier 77 - leuchten eher gedämpft. Der vor 30 Jahren aufgestellten Standardtheorie für AGN zur Folge haben alle „Aktiven Galaxienkerne“ trotz ihrer Unterschiede dieselbe Grundstruktur: ein supermassereiches Schwarzes Loch, das von einem dicken Ring aus Staub und Gas umgeben ist.

Eine Nahaufnahme des aktiven galaktischen Kerns von Messier 77. Der schwarze Punkt zeigt die wahrscheinlichste Position des Schwarzen Lochs, während die beiden Ellipsen die Ausdehnung des dicken inneren Staubrings (gestrichelt) und der ausgedehnten Staubscheibe in der Projektion zeigen.
 (Bild: ESO/Jaffe, Gámez-Rosas et al.)
Eine Nahaufnahme des aktiven galaktischen Kerns von Messier 77. Der schwarze Punkt zeigt die wahrscheinlichste Position des Schwarzen Lochs, während die beiden Ellipsen die Ausdehnung des dicken inneren Staubrings (gestrichelt) und der ausgedehnten Staubscheibe in der Projektion zeigen.

Das unterschiedliche Erscheinungsbild der „Aktiven Galaxienkerne“ ist dem Standardmodell zufolge darauf zurückzuführen, aus welchem Winkel man von der Erde aus das Schwarze Loch und seinen Staubring betrachtet. Es gab bereits einige Beobachtungen, die diese Theorie stützten, aber es blieben Zweifel, ob der Staubring ein Schwarzes Loch völlig verbergen kann und dadurch dieses AGN im sichtbaren Licht weniger hell leuchtet.

Das Forscherteam um Violeta Gamez Rosas von der Universität Leiden (Niederlande) hat nun mit dem Instrument MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared SpectroScopic Experiment) am VLTI in der chilenischen Atacama-Wüste das Zentrum der 47 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie Messier 77 (die auch als NGC 1068 bezeichnet wird) im Infrarot-Bereich beobachtet.

Vier Teleskope zusammengeschaltet
Das Instrument kombiniert dabei mittels Interferometrie das Infrarotlicht, das von allen vier Teleskopen des VLT (Very Large Telescope) gesammelt wird. Die Möglichkeit, die vier 8,2-Meter-Teleskope (Bild unten) zusammenzuschalten, bescherte den Wissenschaftlern die nötige Auflösung, um selbst in einer so weit entfernten Galaxie wie Messier 77 zu sehen, was dort im Inneren vor sich geht.

Die vier Hauptteleskope des Very Large Telescope der ESO in Chile (Bild: ESO)
Die vier Hauptteleskope des Very Large Telescope der ESO in Chile

Kombiniert mit Daten anderer Teleskope konnte das eam damit ein detailliertes Bild des Staubs und seiner verschiedenen Temperaturen - von Raumtemperatur bis zu 1200 Grad Celsius - erstellen und genau feststellen, wo das Schwarze Loch liegen muss. Die Ergebnisse werten sie als Bestätigung des Standardmodells für „Aktive Galaxienkerne“.

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