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Futter für das Schwarze Loch

16.05.2012
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Gerd Weigelt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn berichtet über die Erforschung eines aktiven Galaxienkerns.

Nahinfrarot-Interferometrie ermöglichte es dem Team, eine ring-förmige Ansammlung von Staub, einen sogenannten "Staubtorus", in der inneren Region des Kerns der Galaxie NGC 3783 aufzulösen. Mit dieser Messtechnik erreicht man eine Winkelauflösung, die so gut ist wie die Auflösung eines Riesenteleskops mit 130 Metern Spiegeldurchmesser. Der aufgelöste Staubtorus bildet wahrscheinlich das Reservoir von Gas und Staub, das die heiße Gasscheibe und das supermassive Schwarze Loch im Zentrum dieser Galaxie "füttert".


Künstlerische Darstellung eines Staubtorus in der Umgebung der Akkretionsscheibe und des Schwarzen Lochs in einem Aktiven Galaxienkern. Bildrechte: NASA E/PO - Sonoma State University, Aurore Simonnet (http://epo.sonoma.edu/)


Das Very-Large-Telescope-Interferometer der Europäischen Südsternwarte in Chile. Foto: Gerd Weigelt/MPIfR

In den innersten Regionen von Galaxienkernen ereignen sich extreme physikalische Prozesse. In vielen Galaxienkernen wurden supermassive Schwarze Löcher entdeckt, deren Massen oft millionenfach größer sind als die Masse unserer Sonne. Diese zentralen Schwarzen Löcher sind von einer heißen, hellen Gasscheibe, der Akkretionsscheibe, umgeben. Die Strahlung dieser Gasscheiben wird wahrscheinlich durch einströmendes Material verursacht. Zur Aufrechterhaltung ihrer hohen Leuchtkraft, muss ständig frisches Material nachgeliefert werden. Der Staubtorus (siehe Abb. 1) in der Umgebung der Scheibe stellt wahrscheinlich das Reservoir von Materie dar, das durch die Akkretionsscheibe strömt und schließlich das wachsende Schwarze Loch "füttert".

Da der Staubtorus sehr kompakt ist, stellt seine Untersuchung eine sehr große Herausforderung dar. Ein Riesenteleskop mit einem Spiegeldurchmesser von mehr als 100 Metern könnte die benötigte hohe Winkelauflösung liefern, aber Teleskope dieser Größe wird es in der nahen Zukunft leider nicht geben. Deshalb stellt sich die Frage, ob es eine alternative Lösung gibt.

Die Antwort ist ja! Die Lösung besteht darin, dass man gleichzeitig das Licht von mehreren Teleskopen überlagert ("interferiert"), denn diese Mehrteleskop-Bilder, die man als Interferogramme bezeichnet, enthalten hochaufgelöste Informationen.

Bei den genannten NGC 3783-Messungen wurde das Interferometrie-Instrument AMBER verwendet, um das infrarote Licht von zwei oder drei Teleskopen des Very-Large-Telescope-Interferometers (VLTI; siehe Abb. 2) zu überlagern. Diese Interferometrie-Methode kann eine extrem hohe Auflösung liefern, die proportional zum Abstand der Teleskope ist. Da der größte Abstand zwischen den vier Teleskopen des VLTI 130 Meter beträgt, kann eine Winkelauflösung erreicht werden, die so hoch ist wie die theoretische Auflösung eines Teleskops mit einem Spiegeldurchmesser von 130 Metern. Das ist 15mal besser ist als die Auflösung eines einzelnen VLTI-Teleskops mit 8 Metern Spiegeldurchmesser.

"Das ESO VLTI eröffnet für uns eine einmalige Gelegenheit, unser Wissen über Galaxienkerne zu verbessern" sagt Gerd Weigelt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. "Wir können damit faszinierende physikalische Prozesse mit bisher nicht erreichter Auflösung und über einen weiten infraroten Spektralbereich untersuchen. Genau das ist nötig, um die physikalischen Eigenschaften dieser Objekte zu erforschen."

Und Makoto Kishimoto ergänzt: "Wir hoffen, in den nächsten Jahren noch viel mehr Informationen zu bekommen, indem wir bei noch kürzeren Wellenlängen, mit größerem Teleskopabstand und mit höherer spektraler Auflösung messen. Ganz besonders wichtig ist, dass es in einigen Jahren zwei weitere Interferometrie-Instrumente für das VLTI geben wird, die komplementäre Informationen liefern werden."

Zur Auflösung des Kerns der Galaxie NGC 3783 musste das Forscherteam tausende von Zwei- und Drei-Teleskop-Interferogrammen mit dem VLTI aufnehmen. Dabei lagen die Abstände zwischen den Teleskopen im Bereich von 45 und 114 Metern. Die Auswertung dieser Interferogramme ermöglichte es, den Radius des kompakten Staubtorus in NGC 3783 zu bestimmen. Es wurde ein Winkelradius von 0,74 Milli-Bogensekunden gemessen, der einem Radius von nur einem halben Lichtjahr in der Entfernung zu NGC 3783 entspricht. Diese Messungen im nahen Infrarot zusammen mit früheren Messungen bei längeren Wellenlängen im mittleren Infrarot ermöglichten es dem Team, wichtige physikalische Eigenschaften des NGC 3783-Torus abzuleiten.

"Die hohe VLTI-Auflösung ist auch bei Untersuchungen von vielen anderen Schlüsselobjekten der Astrophysik wichtig", betont Karl-Heinz Hofmann. "Es ist klar, dass die Infrarot-Interferometrie die Infrarot-Astronomie in der gleichen Weise revolutionieren wird, wie in der Vergangenheit die Radiointerferometrie die Radioastronomie revolutioniert hat."

Das Forscherteam besteht aus Wissenschaftlern der Universitäten Florenz, Grenoble, Nizza, Santa Barbara und des MPI für Radioastronomie.

Kontakt:

Prof. Dr. Gerd Weigelt,
Leiter der Forschungsgruppe "Infrarot-Astronomie",
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49(0)228-525-243
E-mail: gweigelt@mpifr-bonn.mpg.de
Dr. Makoto Kishimoto,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie:
Fon: +49(0)228-525-189
E-mail: mk@mpifr-bonn.mpg.de
Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie:
Fon: +49(0)228-525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpifr-bonn.mpg.de
http://www.mpifr-bonn.mpg.de/public/pr/pr-ngc3783-may2012-dt.html

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