Erste Nahaufnahme von Astronomen in der Nähe eines supermassereichen Schwarzen Lochs


Bereits in den 1960er Jahren begannen Astronomen, den Namen zu verwendenQuasarum zu beschreiben, was sie zuerst nanntenwelcherich-stellMitObjekte. Die ersten Quasare sahen durch optische Teleskope sternenartig aus, wie Pinpoints, aber die Analyse ihres Lichtsratlose Astronomen. Jetzt hat die Theorie der Quasare große Fortschritte gemacht. Sie werden als hochaktive Kerne von Galaxien im frühen Universum dargestellt, die von riesigen Schwarzen Löchern angetrieben werden. Dennoch sehen wir Quasare durch optische Teleskope immer noch als sternenartig, und detaillierte Beobachtungen über die Umgebung der Schwarzen Löcher waren schwer zu bekommen. Letzte Woche – am 29. November 2018 – gab das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) bekannt, dass seine Astronomen mit einem neuen Instrument namens GRAVITY einen besseren Blick als je zuvor – im optischen Licht – in das Herz eines der Astronomie berühmtesten Quasare, der erste jemals entdeckte Quasar, genannt3C 273.

Das neue Werk warveröffentlichtam 28. November 2018, impeer-reviewedTagebuchNatur.


Dieses internationale Astronomenteam konnte die Struktur des sich schnell bewegenden Gases um das zentrale supermassive Schwarze Loch herum beobachten, von dem angenommen wird, dass es 3C 273 antreibt. Vor dieser neuen Arbeit war das kleineWinkelgrößedieser inneren Region – ihre Größe auf der Kuppel unseres Himmels, beschrieben als ungefähr die unseres Sonnensystems, gesehen aus einer Entfernung von 2,5 MilliardenLichtjahre– hatte diese Beobachtung unmöglich gemacht.

Die Videoanimation oben in diesem Beitrag versucht, einen Teil dieser Geschichte zu vermitteln, indem sie Ihnen zunächst ein optisches Bild von 3C273 zeigt (dieses Bild sehen Sie auch unten). Das Video geht dann zu einer künstlerischen Darstellung der Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs, von dem angenommen wird, dass es diesen Quasar antreibt. In der Animation sehen Sie die typischen Komponenten, von denen angenommen wird, dass sie supermassereiche Schwarze Löcher bilden: einen staubigen Torus, sehr heißes, einfallendes Material und einen Materialstrahl, der mit hoher Geschwindigkeit von den Polen des Schwarzen Lochs ausgestoßen wird.

Dann sehen Sie im Video, was hier neu ist: eine Darstellung eines sich drehenden Whirlpools, ein künstlerisches Konzept der jüngsten Arbeit von Astronomen, die einige Details über die sogenannteBreitlinienregion, wo Gaswolken um das zentrale Schwarze Loch von 3C 273 herumwirbeln.

Astronomen können diesen Bereich immer noch nicht sehen. Aber sie können optisches Licht aus dieser Region analysieren, und die Details, die sie gefunden haben, haben sie die Masse des zentralen Schwarzen Lochs von etwa 300 Millionen Sonnenmassen bestätigt. Das steht im Gegensatz zur Masse des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum unserer eigenen Milchstraße, die nur etwa 4 Millionen Sonnenmassen beträgt.




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Optisches Bild des Quasars 3C273, aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Der Quasar befindet sich in einer riesigen elliptischen Galaxie im Sternbild Jungfrau in einer Entfernung von etwa 2,5 Milliarden Lichtjahren. Es war der erste Quasar, der jemals identifiziert wurde. Bild über ESA/Hubble/NASA/MPE.

Die von diesen Astronomen verwendete Technik ist nicht neu, aber das daran beteiligte Instrument ist relativ neu und wurde 2016 in Betrieb genommen. Das Instrument heißtSCHWERE, und Astronomen sagen, dass es für einen enormen Gewinn möglich istWinkelauflösung, das heißt imKlarheitmit dem wir diesen sehr weit entfernten Quasar sehen.

Alle vier Teleskope, aus denen das Very Large Telescope (VLT) besteht – das sich auf dem Cerro Paranal in Chile befindet – wurden mit dem GRAVITY-Instrument verwendet, um die neuen Beobachtungen von 3C 273 durchzuführen. Diese Teleskope verbinden sich überInterferometrie.


In Verbindung mit GRAVITY, sagten die Astronomen, wurden die vier Teleskope zu einem Teleskop mit einem Durchmesser von 427 Fuß (130 Meter oder etwa der Länge von anderthalb American-Football-Feldern).

Luftbild der Beobachtungsplattform auf dem Cerro Paranal mit den vier Gehäusen für die 8,2-Meter-(27-Fuß-)Einheitsteleskope (UTs) und verschiedenen Installationen für das VLT-Interferometer (VLTI).Lesen Sie mehr über dieses Bild über Wikimedia Commons.

Mit diesen optischen Teleskopen und dem GRAVITY-Instrument können die Astronomen nun klarer in den fernen Weltraum sehen. Auf diese Weise haben sie nie zuvor gesehene Details über die Zentralregion von Quasar 3C 273 erhalten.Eckhard Sturmvom MPE ist Hauptautor der neuen Studie. Er sagte:

GRAVITY ermöglichte es uns zum ersten Mal, die sogenannte „Broad Line Region“ aufzulösen und die Bewegung von Gaswolken um das zentrale Schwarze Loch zu beobachten. Unsere Beobachtungen zeigen, dass die Gaswolken um das zentrale Schwarze Loch herumwirbeln.


In der Erklärung der Astronomen heißt es:

Detaillierte Beobachtungen des Quasars 3C 273 mit dem GRAVITY-Instrument zeigen die Struktur des sich schnell bewegenden Gases um das zentrale supermassive Schwarze Loch, das erste Mal, dass die sogenannte „Broad Line Region“ aufgelöst werden konnte. Damit konnte das internationale Astronomenteam die Masse des Schwarzen Lochs mit bisher unerreichter Präzision messen. Diese Messung bestätigt die grundlegenden Annahmen der am häufigsten verwendeten Methode zur Messung der Masse zentraler Schwarzer Löcher in entfernten Quasaren. Das Studium dieser Schwarzen Löcher und die Bestimmung ihrer Massen ist ein wesentlicher Bestandteil zum Verständnis der Galaxienentwicklung im Allgemeinen.

Reinhard Genzel, Leiter der Infrarot-Forschungsgruppe am MPE, kommentierte:

Dies ist das erste Mal, dass wir könnenräumlich auflösenund studieren Sie die unmittelbare Umgebung eines massiven Schwarzen Lochs außerhalb unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße.

Schwarze Löcher sind faszinierende Objekte, die es uns ermöglichen, die Physik unter extremen Bedingungen zu untersuchen – und mit GRAVITY können wir sie jetzt sowohl in der Nähe als auch in der Ferne untersuchen.

Hier wird die prinzipielle Geometrie der Broad Line Region des Quasars gezeigt. Die einzelnen Wolken verteilen sich in einem dicken Ring (grün schattierter Bereich) und rotieren um das zentrale Schwarze Loch. Bild überNASA/GRAVITY-Kollaboration.

Vor mehr als 50 Jahren,1963, identifizierte der Astronom Maarten Schmidt den erstenquasistellares Objektoder Quasar – derselbe Quasar, der heute noch untersucht wird, 3C 273 – als äußerst weit entferntes und fast unvorstellbar helles Objekt. Schon in den 1960er Jahren war klar, dass die von Quasaren emittierte Energie weitaus größer ist als in normalen Galaxien wie unserer Milchstraße und nicht durch reguläre Fusionsprozesse in Sternen erzeugt werden kann.

In den Jahrzehnten seitdem haben theoretische Astronomen die Theorie detailliert beschrieben, dass Quasare ihre Energie aus Prozessen beziehen, die in der Nähe supermassereicher Schwarzer Löcher stattfinden.

Beobachtungen wie diese kürzlich von Eckhard Sturm et al. einen großen Beitrag zur Bestätigung der Arbeit der Theoretiker leisten. Und – weil Galaxien die Grundstruktur unseres Universums sind und da heute angenommen wird, dass supermassereiche Schwarze Löcher das Herz der meisten, wenn nicht aller großen Galaxien sind – die Arbeit auch das Verständnis der Astronomen über die Entwicklung des gesamten Universums vorantreibt.

Fazit: Zum ersten Mal konnten Forscher die Bewegung von Gaswolken um ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch beobachten. Dieses spezielle Schwarze Loch treibt den berühmten Quasar 3C 273 an.

Quelle: Ortsaufgelöste Rotation der Breitlinienregion eines Quasars im Sub-Parsec-Maßstab

Über das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik