Spektroastrometrie erstmals bei einem Quasar erfolgreich angewendet
Wie schnell sind die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren ferner Galaxien im jungen Kosmos angewachsen? Eine neue Methode könnte schon bald dabei helfen, diese Frage zu beantworten. Einem internationalen Forscherteam um Felix Bosco und Jörg-Uwe Pott vom Max-Planck-Institut für Astronomie gelang es jetzt, mithilfe der „Spektroastrometrie“ die Masse des Schwarzen Lochs im Zentrum des Quasars J2123-0050 zu maximal 1,8 Milliarden Sonnenmassen zu bestimmen. Das Verfahren sei vergleichsweise einfach anzuwenden und genauer als bisherige Methoden, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Astrophysical Journal“.
„Die exakte Massenbestimmung war gar nicht das Hauptziel unserer Beobachtungen“, erläutert Pott. „Vielmehr wollten wir zeigen, dass die Methode der Spektroastrometrie bereits mithilfe der heute verfügbaren Teleskope die kinematische Struktur der zentralen Quasarmassen nachweisen kann“ – oder anders ausgedrückt: Das Verfahren funktioniert als Waage für supermassereiche Schwarze Löcher.
Quasare sind leuchtkräftige Zentren ferner Galaxien, deren Strahlung durch den Einfall von Gas in supermassereiche Schwarze Löcher entsteht. Allerdings fällt das Gas aus der Umgebung nicht direkt in die Schwarzen Löcher, sondern sammelt sich in einer rotierenden Scheibe. Diese Akkretionsscheibe heizt sich durch innere Reibung auf hohe Temperaturen von bis zu einer Million Grad auf. Die Strahlung der Scheibe ionisiert wiederum Gaswolken, die mit hoher Geschwindigkeit um das Schwarze Loch kreisen – und dadurch senden diese Gaswolken ihrerseits eine charakteristische Strahlung aus.
Eben diese Strahlung – Astronomen sprechen von breiten Emissionslinien – haben Bosco, Pott und ihre Kollegen mit dem acht Meter großen Gemini-Nord-Teleskop des Mauna Kea Observatory auf Hawaii beobachtet, um das Schwarze Loch im Quasar J2123-0050 zu wiegen. Bei der Spektroastrometrie ermitteln die Forscher aus der genauen räumlichen Verteilung und den Wellenlängen der Strahlung – also des Dopplereffekts und der Breite der Spektrallinien – die Bewegung der Gaswolken und damit die Masse des zentralen Körpers, um den diese Gaswolken kreisen.
Bereits mit einem acht Meter großen Teleskop liefert das Verfahren eine Genauigkeit von zehn Prozent bei der Massenbestimmung – das ist sechs Mal besser als bisher übliche Verfahren. Noch bessere Ergebnisse erwarten die Forscher von der nächsten Generation von optischen Großteleskopen wie dem European Large Telescope mit seinem 39 Meter großen Spiegel. „Wir werden mit dem ELT zahlreiche Quasare bei unterschiedlichen Entfernungen in einer einzigen Nacht astrometrisch vermessen“, sagt Bosco, „und so die kosmologische Entwicklung der Massen von Schwarzen Löchern direkt beobachten können.“ Mit seiner erfolgreichen astrometrischen Machbarkeitsstudie habe das Team eine neue Tür zur Erforschung des frühen Universums weit aufgestoßen.
Bildquelle: Graphikabteilung/Bosco/MPIA
