Bildnachweis: ESO
Beobachtungen mit dem Very Large Telescope Interferometer (VLTI) am ESO Paranal Observatory (Chile) erfüllten einen alten Traum von Astronomen und ermöglichten es nun, ein klares Bild der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum einer aktiven Galaxie zu erhalten . Die neuen Ergebnisse betreffen die Spiralgalaxie NGC 1068, die sich in einer Entfernung von etwa 50 Millionen Lichtjahren befindet.
Sie zeigen eine Konfiguration von vergleichsweise warmem Staub (ca. 50 ° C) mit einem Durchmesser von 11 Lichtjahren und einer Dicke von 7 Lichtjahren mit einer inneren, heißeren Zone (500 ° C) mit einer Breite von ca. 2 Lichtjahren.
Diese bildgebenden und spektralen Beobachtungen bestätigen die derzeitige Theorie, dass Schwarze Löcher in den Zentren aktiver Galaxien von einer dicken, donutförmigen Struktur aus Gas und Staub umgeben sind, die als „Torus“ bezeichnet wird.
Für diese bahnbrechende Studie, das erste seiner Art eines extragalaktischen Objekts mittels Infrarotinterferometrie mit langer Basislinie, verwendete ein internationales Team von Astronomen [2] das neue MIDI-Instrument im VLTI-Labor. Es wurde in Zusammenarbeit zwischen deutschen, niederländischen und französischen Forschungsinstituten entworfen und gebaut [3].
Durch die Kombination des Lichts von zwei 8,2-m-VLT-Einheitsteleskopen während zweier Beobachtungsläufe im Juni bzw. November 2003 wurde eine maximale Auflösung von 0,013 Bogensekunden erreicht, was etwa 3 Lichtjahren im Abstand von NGC 1068 entspricht. Infrarotspektren der Es wurden zentrale Bereiche dieser Galaxie erhalten, die darauf hinweisen, dass der erhitzte Staub wahrscheinlich eine Alumosilikat-Zusammensetzung aufweist.
Die neuen Ergebnisse werden in einem Forschungsbericht veröffentlicht, der in der Ausgabe des internationalen Forschungsjournals Nature vom 6. Mai 2004 erscheint.
NGC 1068 - eine typische aktive Galaxie
Aktive Galaxien gehören zu den spektakulärsten Objekten am Himmel. Ihre kompakten Kerne (AGN = Active Galaxy Nuclei) sind so leuchtend, dass sie die gesamte Galaxie überstrahlen können. "Quasare" sind Extremfälle dieses Phänomens. Diese kosmischen Objekte zeigen viele interessante Beobachtungseigenschaften über das gesamte elektromagnetische Spektrum, von Radio bis Röntgenemission.
Es gibt inzwischen viele Hinweise darauf, dass das ultimative Kraftwerk dieser Aktivitäten aus supermassiven Schwarzen Löchern mit einer Masse von bis zu Tausenden von Millionen Mal der Masse unserer Sonne stammt, vgl. B. ESO PR 04/01. Die in der Milchstraße hat nur etwa 3 Millionen Sonnenmassen, vgl. ESO PR 17/02. Es wird angenommen, dass das Schwarze Loch von einer dicht gewickelten Akkretionsscheibe aus Gas und Staub gespeist wird, die es umgibt. Material, das auf solche schwarzen Löcher fällt, wird komprimiert und auf enorme Temperaturen erwärmt. Dieses heiße Gas strahlt eine enorme Menge Licht aus, wodurch der aktive Galaxienkern so hell leuchtet.
NGC 1068 (auch bekannt als Messier 77) gehört zu den hellsten und am nächsten gelegenen aktiven Galaxien. Es befindet sich im Sternbild Cetus (Der Wal) in einer Entfernung von etwa 50 Millionen Lichtjahren und sieht aus wie eine ziemlich normale, vergitterte Spiralgalaxie. Der Kern dieser Galaxie ist jedoch nicht nur im optischen, sondern auch im ultravioletten und Röntgenlicht sehr leuchtend. Ein Schwarzes Loch mit einer Masse, die etwa dem 100-Millionen-fachen der Masse unserer Sonne entspricht, ist erforderlich, um die nukleare Aktivität in NGC 1068 zu erklären.
Die VLTI-Beobachtungen
In den Nächten vom 14. bis 16. Juni 2003 führte ein Team europäischer Astronomen [2] eine erste Reihe von Beobachtungen durch, um das wissenschaftliche Potenzial des neu installierten MIDI-Instruments am VLTI zu überprüfen. Sie untersuchten auch die aktive Galaxie NGC 1068. Bereits bei diesem ersten Versuch konnten Details nahe der Mitte dieses Objekts gesehen werden, vgl. ESO PR 17/03.
MIDI ist empfindlich gegenüber Licht mit einer Wellenlänge nahe 10 um, d. H. Im Spektralbereich des mittleren Infrarot ("thermisches Infrarot"). Mit Abständen zwischen den beitragenden Teleskopen („Baselines“) von bis zu 200 m kann MIDI eine maximale Winkelauflösung (Bildschärfe) von etwa 0,01 Bogensekunden erreichen. Ebenso wichtig ist, dass MIDI durch die Kombination der Lichtstrahlen von zwei 8,2-m-VLT-Einheitenteleskopen erstmals die Infrarotinterferometrie von vergleichsweise schwachen Objekten außerhalb unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, durchführen kann.
Mit seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber Wärmestrahlung eignet sich MIDI ideal zur Untersuchung von Material in stark verdeckten Regionen in der Nähe eines zentralen Schwarzen Lochs, das durch ultraviolette und optische Strahlung erwärmt wird. Die von den Staubkörnern absorbierte Energie wird dann bei längeren Wellenlängen im thermischen Infrarotspektralbereich zwischen 5 und 100 um wieder abgestrahlt.
Die zentrale Region in NGC 1068
Zusätzliche interferometrische Beobachtungen wurden im November 2003 bei einer Grundlinie von 42 m gesichert. Nach einer sorgfältigen Analyse aller Daten haben die Astronomen aufgrund der erreichten räumlichen Auflösung (Bildschärfe) und der detaillierten Spektren die Struktur der zentralen Region von NGC 1068 untersucht.
Sie erfassen das Vorhandensein einer innersten, vergleichsweise "heißen" Staubwolke, die auf etwa 500 ° C erhitzt wurde und einen Durchmesser aufweist, der gleich oder kleiner als die erreichte Bildschärfe ist, d. H. Ungefähr 3 Lichtjahre. Es ist von einer kühleren, staubigen Region mit einer Temperatur von etwa 50 ° C umgeben, die einen Durchmesser von 11 Lichtjahren und eine Dicke von etwa 7 Lichtjahren hat. Dies ist höchstwahrscheinlich die vorhergesagte zentrale, scheibenförmige Wolke, die sich um das Schwarze Loch dreht.
Die Vergleichsdicke der beobachteten Struktur (die Dicke beträgt ~ 65% des Durchmessers) ist insofern von besonderer Bedeutung, als sie nur dann stabil bleiben kann, wenn sie einer kontinuierlichen Injektion von Bewegungsenergie ("kinetische" Energie) ausgesetzt wird. Keines der aktuellen Modelle zentraler Regionen in aktiven Galaxien liefert jedoch eine überzeugende Erklärung dafür.
Die MIDI-Spektren, die das Wellenlängenintervall von 8 bis 13,5 um abdecken, geben auch Auskunft über die mögliche Zusammensetzung der Staubkörner. Der wahrscheinlichste Bestandteil ist Calciumaluminiumsilikat (Ca2Al2SiO7), eine Hochtemperaturspezies, die auch in der Außenatmosphäre einiger Super-Riesensterne vorkommt. Dennoch können diese Pilotbeobachtungen andere Arten von Nicht-Olivin-Staub nicht endgültig ausschließen.
Originalquelle: ESO-Pressemitteilung
