Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Massenmessung enthüllt Geschichte eines Schwarzen Loches und seiner Galaxie

30.09.2011
Mit Hilfe neuester Instrumente und Analysemethoden haben Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie eine neue Technik entwickelt und angewandt, um die Masse einer fast 9 Milliarden Lichtjahre entfernten aktiven Galaxie direkt zu bestimmen.

Auf diese Weise lässt sich die gemeinsame Entwicklung von Galaxien und den Schwarzen Löchern in ihren Kernregionen genauer rekonstruieren als bislang möglich. Das erste Ergebnis zeigt, dass der Großteil der kosmischen Geschichte für Galaxien keine Zeit umwälzender Veränderungen war.


Die Farben in diesem Bild der Galaxie J090543.56+043347.3 zeigen an, ob und wie schnell sich das Gas in dem betreffenden Bereich der Galaxie auf uns zu oder von uns weg bewegt. Aus diesen Informationen haben die Forscher die dynamische Masse der Galaxie rekonstruiert. Der Stern in der Mitte zeigt die Position des aktiven Galaxienkerns an, die Konturlinien die Helligkeit des von ihm ausgesandten Lichts. Bild: K. J. Inskip/MPIA

Eine der spannendsten astronomischen Entwicklungen der letzten Jahrzehnte ist die Erkenntnis, dass die meisten Galaxien in ihren Zentralregionen gigantische Schwarze Löcher enthalten und dass es einen direkten Zusammenhang zwischen der Masse eines solchen Schwarzen Lochs und der Masse der zugehörigen Galaxie gibt [1]. Der Zusammenhang lässt sich nicht nur aus Beobachtungen ableiten; wie Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie kürzlich zeigen konnten, folgt er auch direkt aus dem aktuellen Standardmodell der Galaxienentwicklung, dem so genannten hierarchischen Modell [2].

Wenn Astronomen immer weiter entfernte Objekte im Kosmos beobachten, dann blicken sie damit automatisch weiter und weiter in die Vergangenheit [3]. Wer unterschiedlich weit entfernte Galaxien untersucht, kann direkt nachmessen, ob sich der Zusammenhang zwischen der Masse einer Galaxie und der Masse ihres zentralen Schwarzen Lochs mit der Zeit verändert hat.

Für Galaxien in mehr als 5 Milliarden Lichtjahren Entfernung (entsprechend einer Rotverschiebung z > 0,4 [4]) haben derartige Untersuchungen allerdings mit großen Schwierigkeiten zu kämpfen. Die Massenmessung am Schwarzen Loch ist dabei vergleichsweise einfach möglich: Typischerweise betrachtet man so genannte aktive Galaxien, bei denen sich die Masse des Schwarzen Loches mit gut etablierten Methoden abschätzen lässt [5]. Die Herausforderung ist die Bestimmung der Masse der Galaxie als Ganzes. Bei so großen Entfernungen liefern die herkömmlichen Methoden zur Massenbestimmung nur noch sehr unsichere Ergebnisse – wenn überhaupt.

Nun hat ein Team von Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astronomie unter der Leitung von Dr. Katherine Inskip erstmals gleichzeitig die Masse sowohl einer Galaxie als auch ihres zentralen Schwarzen Lochs direkt bestimmt – mit einer neu entwickelten Methode, die sich auch auf andere ferne Galaxien anwenden lässt. Astronomen kennen die Galaxie unter der Bezeichnung J090543.56+043347.3 (gebildet aus der Position der Galaxie am Himmel). Sie ist 8,8 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt (Rotverschiebung z = 1,3).

Den Astronomen gelang es, direkt die so genannte dynamische Masse dieser aktiven Galaxie zu messen. Dabei geht es um folgendes: Sterne und Gaswolken einer Galaxie umkreisen langsam das galaktische Zentrum; unsere Sonne beispielsweise vollendet in etwa alle 250 Millionen Jahre einen solchen Umlauf um das Zentrum der Milchstraße. Die Umlaufgeschwindigkeiten der Sterne und Wolken hängen direkt von ihrem Abstand vom Zentrum und davon ab, wie die Masse innerhalb der Galaxie verteilt ist. Wer diese Umlaufgeschwindigkeiten messen kann, kann daraus auch die Gesamtmasse der Galaxie bestimmen [6].

Allerdings ist solch eine Massenbestimmung ungleich leichter gesagt als getan. Um ihre Messung durchzuführen und ein zuverlässiges Ergebnis für die dynamische Masse von J090543.56+043347.3 zu erhalten, mussten die Astronomen bei Beobachtung und Datenanalyse beachtlichen Aufwand treiben. Kombiniert mit dem Massenwert für das Schwarze Loch, den die Forscher aus denselben Daten ableiten konnten, zeigt sich: Der Zusammenhang der beiden Masse ist bei dieser weit entfernten Galaxie der gleiche wie in unserer unmittelbaren galaktischen Nachbarschaft. Offenbar hat sich zwischen damals und heute nicht allzu viel getan. Zumindest bis zu dieser Entfernung, also 9 Milliarden Jahre in der Vergangenheit, ist der Zusammenhang zwischen Galaxien und Schwarzen Löchern der gleiche wie für heutige Galaxien.

Inskip und ihre Kollegen sind eifrig dabei, ihre neue Methode auf eine Stichprobe von 15 weiteren Galaxien anzuwenden. Bestätigen diese das Ergebnis, dann hätten die meisten Galaxien in den vergangenen 9 Milliarden Jahren – also für mehr als die Hälfte kosmischer Geschichte überhaupt – ein eher beschauliches Leben geführt und sich nur sehr allmählich und in begrenztem Umfang verändert.

Kontakt

Katherine Inskip (Erstautorin)
Max-Planck-Institut für Astronomie
E-mail: inskip@mpia.de
Knud Jahnke (Koautor)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Phone: (+49|0) 6221 – 528 398
E-mail: jahnke@mpia.de
Markus Pössel (Öffentlichkeitsarbeit)
Max-Planck-Institut für Astronomie
Phone: (+49|0) 6221 – 528 261
E-mail: pr@mpia.de
Hintergrundinformationen
Die hier beschriebene Arbeit ist erschienen als K. J. Inskip, K. Jahnke, H.-W. Rix & G. van de Ven, "Resolving the Dynamical Mass of a z ~ 1.3 Quasi-stellar Object Host Galaxy Using SINFONI and Laser Guide Star Assisted Adaptive Optics" in der Ausgabe des Astrophysical Journal vom 1. Oktober: Volume 739, Issue 2, Article-Id. 90 (2011).

Endnoten

[1] Es gibt verschiedene charakteristische Massen, mit deren Hilfe sich Galaxien beschreiben lassen. Derzeit besteht unter den Wissenschaftlern kein Konsens darüber, welche dieser Massen die für den Zusammenhang mit der Masse des Schwarzen Lochs geeignetste Größe ist: Die Gesamtmasse der Galaxie, die Masse ihrer Sterne (also ohne Dunkle Materie und interstellares Gas), oder die Bulge-Masse (d.h. die Masse, die in der zentralen Verdickung enthalten ist, welche bei vielen Galaxien vorhanden ist und als Bulge bezeichnet wird).

[2] Im hierarchischen Modell der Galaxienentwicklung wachsen Galaxien mit der Zeit, indem sie sich kleinere Galaxien einverleiben oder mit Galaxien vergleichbarer Größe verschmelzen. Die Vorhersage ist veröffentlicht als Jahnke & Macciò 2011, Astrophysical Journal, Bd. 734, Article-ID 92.

[3] Licht bewegt sich mit endlicher Geschwindigkeit fort. Wenn wir die Sonne betrachten, dann sehen wir unseren Mutterstern nie so, wie er jetzt gerade ist, sondern so, wie er vor 8 Minuten war – schlicht deswegen, weil Licht rund 8 Minuten benötigt, um von der Sonne zur Erde zu kommen.

[4] In einem expandierenden Kosmos wie dem unsrigen besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Abstand einer fernen Galaxie von uns und der Rotverschiebung des Lichts (also der Verschiebung des Lichts in Richtung niedrigerer Frequenzen). Während Abstände ferner Galaxien auf andere Weise nur schwer zu messen sind, ist es vergleichsweise einfach, ihre Rotverschiebungen zu bestimmen; dementsprechend geben Astronomen häufig die Rotverschiebung z einer Galaxie als indirektes Maß für ihre Entfernung an.

[5] In aktiven Galaxien verschluckt das zentrale Schwarze Loch fortwährend umgebende Materie, die dabei enorme Mengen elektromagnetischer Strahlung freisetzt. Aus bestimmten Eigenschaften dieser Strahlung kann man mit Hilfe weit verbreiteter Auswertungsverfahren auf die Masse des Schwarzen Loches schließen.

[6] Hierzu gibt es eine einfache Analogie innerhalb unseres eigenen Sonnensystems: Das dritte Kepler'sche Gesetz der Planetenbewegung besagt, dass die Umlaufzeit T eines Planeten mit seinem mittleren Abstand von der Sonne a, der Gravitationskonstante G und der Masse M der Sonne zusammenhängt wie T2 = 4 π2a3/MG. Sobald man die Umlaufbahn des Planeten und seinen Abstand von der Sonne vermessen hat, kann man die Masse der Sonne bestimmen. Für Galaxien, die uns ungleich näher sind als das hier untersuchte Exemplar, ist die Bestimmung der dynamischen Masse ein astronomisches Routineverfahren. Insbesondere liefern derartige Messungen wichtige Hinweise auf die Existenz von Dunkler Materie.

Dr. Markus Pössel | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpia.de/Public/menu_q2.php?Aktuelles/PR/2011/PR110930/PR_110930_de.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt
21.06.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern
20.06.2018 | Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Der “Stein von Rosetta” für aktive Galaxienkerne entschlüsselt

21.06.2018 | Physik Astronomie

Schneller und sicherer Fliegen

21.06.2018 | Informationstechnologie

Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

21.06.2018 | Innovative Produkte

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics