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Presseinformation 176/2013 vom 21.06.2013 | zur Druckversion

Staubige Überraschung am Schwarzen Loch


Detailreich wie nie sind die Aufnahmen von Staub, die das „Very Large Telescope Interferometer“ (VLTI) der Europäischen Sternwarte (ESO) um ein riesiges Schwarzes Loch im Zentrum einer aktiven Galaxie geliefert hat. Der strahlende Staub wurde zum Großteil ober- und unterhalb des Toruses entdeckt und nicht – wie vermutet – in gleichmäßiger, ringförmiger Anordnung um das Loch herum. Die Beobachtungen zeigen, dass Staub offenbar durch einen kühlen Wind von dem Schwarzen Loch weggedrückt wird – eine überraschende Entdeckung, die gängige Theorien in Frage stellt und die zudem zeigt, wie sich supermassenreiche Schwarze Löcher entwickeln und mit ihrer Umgebung interagieren.

In den vergangenen 20 Jahren haben Astronominnen und Astronomen im Zentrum fast aller Galaxien riesige Schwarze Löcher entdeckt. Einige dieser Schwarzen Löcher wachsen, indem sie Materie aus ihrer Umgebung anziehen. Dadurch werden sie zu den energiereichsten Objekten, die es im Universum überhaupt gibt: aktive galaktische Kerne („active galactic nuclei“, AGN). Die zentralen Bereiche dieser einzigartigen Kraftwerke sind umgeben von ringförmig angeordnetem kosmischen Staub [1] („Doughnuts“), der aus dem Weltraum gezogen wird – ähnlich wie Wasser einen kleinen Strudel bildet, wenn es durch einen Abfluss fließt.

Bisher hatte man angenommen, dass der größte Teil der starken Infrarotstrahlung von AGN im Zentrum der Doughnuts oder Tori kommt. Neue Beobachtungen der uns nahegelegenen aktiven Galaxie NGC 3783 haben jetzt jedoch für eine Überraschung gesorgt. Als die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler durch das VLTI der Europäischen Sternwarte in Paranal, Chile [2], blickten, entdeckten sie, dass sich der 700 bis 1000 Grad heiße Staub tatsächlich zu einem ringförmigen Torus formt. Zusätzlich fanden sie riesige Mengen kühleren Staubes, der sich ober- und unterhalb des Torus abgelagert hat [3].

„Es ist uns zum ersten Mal gelungen, detailreiche, im mittleren Infrarotbereich liegende Beobachtungen vom kühlen Staub um das AGN herum mit ebenfalls detailreichen Beobachtungen des sehr heißen Staubes zu kombinieren. Zeitgleich stellt es die größte Reihe infraroter Interferometrie dar, die es je für ein AGN gab“, sagt Sebastian Hönig (University of California Santa Barbara, USA und Christian-Albrechts-Universität zu Kiel), Hauptverfasser der Arbeit, die die neuen Funde präsentiert.

Der neu entdeckte Staub bildet einen kühlen Wind, der aus dem Schwarzen Loch herausweht. Dieser Wind spielt den Wissenschaftlern zufolge eine wichtige Rolle innerhalb des komplexen Zusammenspiels zwischen Schwarzen Löchern und ihrer Umgebung. Ein Schwarzes Loch stillt dabei seinen unersättlichen Appetit durch das es umgebende Material. Zeitgleich scheint die dadurch entstehende Strahlung das Material wegzublasen. Es ist immer noch unklar, wie diese beiden Prozesse ineinandergreifen und es insbesondere supermassiven Schwarzen Löchern erlauben, sich innerhalb von Galaxien zu entwickeln und zu wachsen. Die Entdeckung des staubgeladenen Windes ist ein weiteres wichtiges Puzzleteil, um diese Prozesse entschlüsseln zu können.

Um auch die zentralen Bereiche des NGC 3783 untersuchen zu können, mussten die Astronomen die Leistung aller Einzelteleskope des VLT nutzen. Nur so entstand ein Interferometer, das so auflösungsstark wie ein 130-Meter Teleskop ist. Gerd Weigelt (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn), ebenfalls an der Entdeckung beteiligt, erklärt das so: „Durch die Kombination der einzigartigen Empfindlichkeit der großen Spiegel des VLT mit Interferometrie ist es uns gelungen, genug Licht einzufangen, um schwach strahlende Objekte beobachten zu können. So können wir eine Region studieren, die so klein ist wie die Entfernung von unserer Sonne zu ihrem nächstgelegenen Stern – und das in einer Galaxie die mehrere zehn Millionen Lichtjahre von uns entfernt liegt. Kein anderes optisches oder Infrarot-System ist dazu momentan in der Lage.“

Die neuen Funde könnten zu einem Paradigmenwechsel im Hinblick auf das Verständnis von AGN führen. Sie beweisen, dass Staub durch die immense Strahlung aus dem Schwarzen Loch herausgedrückt wird. Künftig werden Modelle, die die Verteilung des Staubes und das Wachstum und die Entwicklung Schwarzer Löcher beschreiben, die neuen Untersuchungsergebnisse berücksichtigen müssen. „Ich freue mich schon auf MATISSE, das uns in die Lage versetzen wird, alle vier VLT Einzelteleskope zu verbinden und somit zeitgleich im nahen und mittleren Infrarotbereich zu beobachten“, schwärmt Hönig. „Das wird uns noch detailliertere Daten liefern.“ MATISSE ist eine neue Gerätegeneration für das VLTI und befindet sich zurzeit im Bau.

Anmerkungen:


[1] Kosmischer Staub besteht aus Silikat- und Grafitkörnern – Mineralien, die auch auf der Erde reichlich vorkommen. Der Ruß einer Kerze ist dem kosmischen Grafitstaub sehr ähnlich. Jedoch ist die Größe der Körner, die im Ruß enthalten sind, mindestens zehn Mal größer als die Körner, die man üblicherweise in kosmischem Grafit findet.

[2] Das VLTI kann aus seiner Kombination von vier 8,2-Meter VLT-Einzelteleskopen oder vier beweglichen 1,8-Meter VLT-Hilfsteleskopen zusammengefügt werden. Es bedient sich dabei der Technik, die als Interferometrie bekannt ist. Dabei wird Licht aus mehreren Teleskopen durch hochentwickelte Instrumente in einem Fernrohr gebündelt. Dies produziert zwar meistens kein Bild, jedoch erhöht diese Technik den Grad der Detailgenauigkeit der daraus resultierenden Beobachtungen im Vergleich zu einem Weltraumteleskop mit einem Durchmesser von über 100 Metern drastisch.

[3] Der heißere Staub wurde mit Hilfe des AMBER VLTI-Instruments kartographiert, das mit nahen infraroten Wellenlängen arbeitet. Die neueren hier beschriebenen Beobachtungen wurden mit einem MIDI Instrument mit Wellenlängen zwischen acht und 13 Mikrons im mittleren Infrarotbereich gemacht.

Weitere Informationen:


Die Forschungsergebnisse wurden veröffentlicht in dem Artikel „Dust in the Polar Region as a Major Contributor to the Infrared Emission of Active Galactic Nuclei“, S. Hönig et al. Er erschien am 20. Juni 2013 im Astrophysical Journal.

Das Team besteht aus S.F. Hönig (University of California in Santa Barbara, USA [UCSB]; Christian-Albrechts-Universität zu Kiel [CAU]), M. Kishimoto (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn [MPIfR]), K. R. W. Tristram (MPIfR), M. A. Prieto (Instituto de Astrofísica de Canarias, Teneriffa, Spanien), P. Gandhi (Institute of Space and Astronautical Science, Kanawaga, Japan; University of Durham, England), D. Asmus (MPIfR), R. Antonucci (UCSB), L. Burtscher (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching), W. J. Duschl (Institut für Theoretische Physik und Astrophysik, CAU) und G. Weigelt (MPIfR).

ESO ist die ehemalige internationale Astronomie Organisation Europas und besitzt die weltweit leistungsstärkste bodengestützte Sternwarte. Sie wird von 15 Ländern unterstützt: Österreich, Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Großbritannien, Italien, den Niederlanden, Portugal, Spanien, Schweden, der Schweiz und Tschechien. ESO konzentriert seine Tätigkeit auf das Design, die Konstruktion und den Betrieb von leistungsstarken, bodengestützten Sternwarten. Dadurch sollen Astronomen in die Lage versetzt werden, wichtige wissenschaftliche Entdeckungen zu machen. ESO spielt zudem eine wichtige Rolle bei der Förderung und der Organisation von Kooperationen innerhalb der Astronomie-Forschung. ESO betreibt drei einzigartige Beobachtungsstationen in Chile: in La Silla, Paranal und Chajnantor. In Paranal steht das sogenannte Very Lage Telescope (VLT), die weltweit modernste optische Sternwarte, sowie zwei Durchmusterungsteleskope (Survey Telescope). VISTA arbeitet im Infrarotbereich und ist das weltweit größte Durchmusterungsteleskop; das VLT Survey Telescope ist das größte Teleskop, das ausschließlich mit Hilfe von sichtbarem Licht den Himmel untersucht. Des Weiteren ist ESO europäischer Partner beim Bau des revolutionären astronomischen Teleskops ALMA. Das Projekt stellt die größte je dagewesene astronomische Partnerschaft dar. ESO plant momentan ein 39-Meter großes European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, das E-ELT. Es soll das „weltweit größte Auge zum Himmel“ werden.

Forschungsbericht:
www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1327/eso1327a.pdf

Information zum Very Large Telescope Interferometer (VLTI):
www.eso.org/sci/facilities/paranal/telescopes/vlti

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Künstlerische Darstellung der Umgebung eines supermassenreichen Schwarzen Lochs im Herzen der Galaxie NGC 3783.
Credit: ESO/M. Kornmesser

Foto zum Herunterladen:
www.uni-kiel.de/download/pm/2013/2013-176-1.jpg

Weitere Fotos unter:


www.eso.org/public/news/eso1327
www.eso.org/public/images/archive/category/paranal/


Kontakt:


Sebastian Hönig
University of California Santa Barbara, USA
Tel.: +49 (431)/880-4108
Cell: +49 (176)/99950941
E-Mail: shoenig@physics.ucsb.edu

Poshak Gandhi
University of Durham, UK
E-Mail: poshak.gandhi@durham.ac.uk

Gerd Weigelt
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Germany
E-Mail: weigelt@mpifr.de

Wolfgang Duschl
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel, Germany
E-Mail: wjd@astrophysik.uni-kiel.de

Richard Hook
ESO, Garching bei München, Germany
Tel: +49 (89)/3200-6655
Cell: +49 (151)/15373591
E-Mail: rhook@eso.org



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