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Masse eines Schwarzen Lochs im jungen Universum bestimmt
Redaktion
/ Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik
astronews.com
9. Februar 2024
Durch Kombination aller vier Teleskopeinheiten des Very
Large Telescope konnte nun die Masse eines Schwarzen Lochs in einer Galaxie
bestimmt werden, die wir in einer Zeit sehen, als das Universum nur zwei
Milliarden Jahre alt war. Mit nur 300 Millionen Sonnenmassen ist das Schwarze
Loch im Vergleich zur Masse seiner Wirtsgalaxie überraschend klein.
So stellt sich die Astronomie einen Quasar
im jungen Universum vor.
Bild:
ESO / M. Kornmesser [Großansicht] |
Im nahen Universum beobachten Astronomen eine enge Beziehung zwischen den
Eigenschaften von Galaxien und der Masse der supermassereichen Schwarzen Löcher
in ihren Zentren. Dies deutet darauf hin, dass sich Galaxien und Schwarze Löcher
gemeinsam entwickeln. Ein entscheidender Test wäre es, diese Beziehung zu frühen
kosmischen Zeiten zu untersuchen. Allerdings ist es bei diesen weit entfernten
Galaxien entweder unmöglich oder extrem schwierig, die Masse des Schwarzen Lochs
mit herkömmlichen Methoden direkt zu messen. Obwohl diese Galaxien oft sehr hell
leuchten (als sie in den 1950er Jahren entdeckt wurden, nannte man sie "Quasare"
oder "quasi-stellare Objekte"), sind sie so weit entfernt, dass sie mit den
meisten Teleskopen nicht aufgelöst werden können.
"2018 haben wir mit GRAVITY die ersten bahnbrechenden Messungen der Masse
eines Schwarzen Lochs in einem Quasar durchgeführt", sagt Taro Shimizu,
wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Instituts für extraterrestrische
Physik (MPE) und Hauptautor einer neuen, jetzt veröffentlichten Studie. "Dieser
Quasar war jedoch sehr nahe. Jetzt sind wir bis zu einer Rotverschiebung von 2,3
vorgedrungen, das heißt, das Licht dieser Galaxie war elf Milliarden Jahre zu
uns unterwegs." GRAVITY+ eröffnet damit einen neuen und präzisen Weg, das
Wachstum von Schwarzen Löchern in dieser kritischen Epoche zu untersuchen, in
der sowohl Schwarze Löcher als auch Galaxien schnell wuchsen.
"Dies ist in der Tat die nächste Revolution in der Astronomie - wir können
jetzt Bilder von Schwarzen Löchern im frühen Universum erhalten, die 40-mal
schärfer sind als die des James-Webb-Teleskops", betont Frank Eisenhauer,
MPE-Direktor und Leiter der Gruppe, die das GRAVITY-Instrument und seine
Verbesserung GRAVITY+ entwickelt. GRAVITY kombiniert alle vier 8-Meter-Teleskope
des Very Large Telescope der ESO interferometrisch und schafft so quasi
ein riesiges virtuelles Teleskop mit einem Durchmesser von 130 Metern.
Mit den jüngsten Updates, bei denen ein neuer Weitwinkelmodus für das Fringe-Tracking
abseits der Bildmitte zum Einsatz kam, konnte GRAVITY-Wide nun die zentrale
Region der Galaxie SDSS J092034.17+065718.0 beobachten, einen der
leuchtkräftigsten Quasare im frühen Universum. Das Team war in der Lage, die
sogenannte "Broad Line Region" räumlich aufzulösen und die Bewegung der
Gaswolken um das zentrale Schwarze Loch zu beobachten, während sie in einer
dicken Scheibe rotieren. Dies ermöglicht eine direkte, dynamische Messung der
Masse des Schwarzen Lochs.
Mit 320 Millionen Sonnenmassen erweist sich diese Masse des Schwarzen Lochs
im Vergleich zu seiner Wirtsgalaxie mit etwa 60 Milliarden Sonnenmassen als
gering. Dies deutet darauf hin, dass die Wirtsgalaxie schneller gewachsen ist
als das supermassereiche Schwarze Loch in ihrem Zentrum. Dies könnte darauf
hindeuten, dass bei einigen Systemen das Wachstum des Schwarzen Lochs im
Vergleich zur Galaxie verzögert erfolgt. "Das wahrscheinliche Szenario für die
Entwicklung dieser Galaxie ist eine starke Supernova-Rückkopplung, bei der diese
Sternexplosionen Gas aus den zentralen Regionen entfernen, bevor es das Schwarze
Loch im galaktischen Zentrum erreichen kann", sagt Jinyi Shangguan, ebenfalls in
der IR-Gruppe am MPE. "Erst wenn die Galaxie genug an Masse gewonnen hat, um in
der Zentralregion auch gegen die Supernova-Rückkopplungen ein Gasreservoir zu
erhalten, kann das Schwarze Loch anfangen, schnell zu wachsen und mit dem
Wachstum der Galaxie insgesamt gleichzuziehen."
Um festzustellen, ob dieses Szenario auch für andere Galaxien und ihre
zentralen Schwarzen Löcher den dominanten Modus der gemeinsamen Entwicklung
darstellt, ist nun geplant, weitere hochpräzise Massenmessungen von Schwarzen
Löchern im frühen Universum durchzuführen.
Über ihre Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der
Zeitschrift Nature erschienen ist.
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