Ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch ist eines der größten Wunder des Kosmos. Das dichte, unsichtbare Objekt, dessen Masse milliardenfach größer sein könnte als die unserer Sonne, ist von einer riesigen wirbelnden Scheibe und einem Torus aus Materie umgeben, der mit Licht brennt, während er spiralförmig in das Zentrum des Schwarzen Lochs wirbelt. Aber wie groß werden diese? Strukturen?
Zum ersten Mal hat die eindeutige Detektion von Licht im nahen Infrarot den Rand einer massiven Akkretionsscheibe enthüllt, die ein supermassereiches Schwarzes Loch umgibt, das hunderte Millionen Mal so groß ist wie die Masse der Sonne, in einer Galaxie namens III Zw 002, die sich 1,17 Milliarden Lichtstrahlen entfernt befindet. Jahre entfernt.
Diese Entdeckungen unter der Leitung der Astronomin Denimara Díaz dos Santos vom Nationalen Institut für Weltraumforschung in Brasilien brachten eine Akkretionsscheibe zum Vorschein, die etwa 52 Lichttage vom Schwarzen Loch entfernt ist. Diese Messung wird ein besseres Verständnis dafür liefern, wie riesige Schwarze Löcher angetrieben werden.
Die Materie um ein Schwarzes Loch ist schwer zu rekonstruieren. Trotz ihrer Größe und der Helligkeit ihres umgebenden Materials sind sie aufgrund der Entfernung zwischen uns und ihrer Galaxie immer noch zu klein, um viele Details zu erkennen. Da Materie nicht direkt abgebildet werden kann, wird das von der umgebenden Galaxie eingefangene Licht auf spezifische Signaturen analysiert, die auf das Vorhandensein einer Akkretionsscheibe hinweisen.
Eines dieser Anzeichen ist der sogenannte Doppelpeak im Strahlungsspektrum. Dies geschieht durch Rotation. Emission ist das Licht, das emittiert wird, wenn ein angeregtes Atom Energie verliert. Diese Energie manifestiert sich in Form eines Leuchtens, dessen Wellenlänge vom Element des Atoms abhängt. Stellen Sie sich nun die Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch wie eine Schallplatte auf einem Plattenspieler vor. Ein Teil der Scheibe bewegt sich auf Sie zu, der andere Teil bewegt sich von Ihnen weg. Der Teil der Scheibe, der sich auf uns zubewegt, drückt das Licht, so dass die Wellenlängen kürzer werden, während der Teil, der sich von uns wegbewegt, sie streckt. Das bedeutet, dass die Strahlung eines bestimmten Elements bei zwei Wellenlängen auftritt, wodurch ein doppelter Peak im Spektrum entsteht.
Doppelpeaks um supermassereiche Schwarze Löcher wurden bereits früher entdeckt, die vorherigen Entdeckungen erfolgten jedoch von einem Punkt relativ nahe am Schwarzen Loch, der sogenannten Schmallinienregion. Dies gibt nicht viele Informationen über die volle Ausdehnung der Akkretionsscheibe.
Díaz dos Santos und seine Kollegen fanden zwei Doppelpeaks – und beide stammten nicht aus der Region der schmalen Linie, sondern viel weiter vom Schwarzen Loch entfernt, in der sogenannten Region der breiten Linie der Akkretionsscheibe. Dies ist der erste Nachweis von Doppelpeaks im Bereich der breiten Linie und der erste Nachweis von Doppelpeaks mit einem Nahinfrarotinstrument. „Die erstmalige Entdeckung solcher Doppelspitzenprofile stellt strenge Einschränkungen für die Geometrie einer Region dar, die sonst nicht bestimmt werden könnten“, sagt der Astrophysiker Alberto Rodríguez-Ardila vom Nationalen Astrophysikalischen Laboratorium in Brasilien. „Und jetzt haben wir klare Beweise für den Fütterungsprozess und die innere Struktur einer aktiven Galaxie.“
Der erste Doppelpeak im inneren Teil der breiten Linienregion gehörte zu Wasserstoff. Die Simulationen deuten darauf hin, dass es 16,77 Lichttage vom Schwarzen Loch entfernt war. Der zweite nachgewiesene Sauerstoff stammte vom Rand der Region, etwa 18,86 Lichttage vom Schwarzen Loch entfernt. Die Simulationen deuten auch darauf hin, dass sich die breite Linienregion über einen Radius von 52,43 Lichttagen um das Schwarze Loch erstreckt. Das sind 9,078 Astronomische Einheiten. Zum Vergleich: Pluto ist 40 AE von der Sonne entfernt.
Das scheint riesig zu sein, und das ist es auch für uns, aber es steht im Einklang mit Versuchen, die Größe von Akkretionsscheiben anhand der Lichtechos zu messen, die von der Innenkante des Torus reflektiert werden, eine Größe, die die Forscher in ihrer Arbeit als „kompakt“ bezeichnen. Das Team wird die Galaxie weiterhin beobachten, um zu sehen, ob ihr aktuelles Verhalten ihren Vorhersagen entspricht.
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