Neue Messlatte für kosmische Entfernungen

Gaswolken um supermassereiche Schwarze Löcher bieten neue Möglichkeit zur Vermessung des Universums

Aktiver Galaxienkern
Aktiver Galaxienkern

Kopenhagen (Dänemark)/Brisbane (Australien) - Gaswolken um supermassereiche Schwarze Löcher eignen sich als kosmische Messlatten. Das hat ein Forscherteam aus Dänemark und Australien herausgefunden. Eine genaue Analyse der Strahlung dieser rasant um die Schwarzen Löcher kreisenden Gaswolken ermöglicht es, noch Entfernungen von über zwölf Milliarden Lichtjahren zu bestimmen, schreiben die Wissenschaftler im Fachblatt "Astrophysical Journal". Damit reicht die neue Messlatte drei Milliarden Lichtjahre weiter ins All hinaus als frühere Verfahren. Die Astronomen erhoffen sich von der Methode neue Erkenntnisse über die Expansion des Weltalls und die geheimnisvolle Dunkle Energie.

"Eine genaue Bestimmung der Entfernungen von Himmelsobjekten ist der Schlüssel zu Erkenntnissen über das Alter und den Energiegehalt des Kosmos sowie über die Natur der Dunklen Energie", schreiben Darach Watson vom Dark Cosmology Centre der Universität Kopenhagen und seine Kollegen. Bei der Messung der Entfernungen von Galaxien spielen sogenannte Standardkerzen eine tragende Rolle: Himmelsobjekte, deren wahre Helligkeit bekannt ist. Aus einem Vergleich der wahren mit der beobachteten Helligkeit können die Himmelsforscher unmittelbar die Entfernung berechnen, da die Helligkeit nach einem strengen Gesetz mit der Entfernung abnimmt.

Die Nutzung bestimmter veränderlicher Sterne - der Cepheiden - als Standardkerzen hat in den 1920er Jahren zur Entdeckung der Expansion des Weltalls geführt. Explodierende Sterne als Standardkerzen führten in den 1990er Jahren zu der Erkenntnis, dass eine mysteriöse Dunkle Energie die Expansion des Kosmos beschleunigt. Dieses Verfahren lässt sich bis zu einer Entfernung von etwa neun Milliarden Lichtjahren verwenden. Seit langem suchten Astronomen deshalb nach einer Methode, um noch größere Entfernungen genau zu messen - und so neue Erkenntnisse über die Dunkle Energie zu gewinnen.

Nahezu alle Galaxien beherbergen in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch mit der millionen- oder gar milliardenfachen Masse der Sonne. Der Einfall von Materie in diese gigantischen Schwerkraftfallen lässt die Galaxienzentren hell aufleuchten. Die Schwarzen Löcher sind von einem Halo aus wirbelnden Gaswolken umgeben, die sich im Spektrum des Galaxienkerns durch charakteristische breite Linien verraten. Watson und seine Kollegen zeigen nun, wie sich diese "Region breiter Linien" zur Entfernungsmessung nutzen lässt.

Veränderungen der Helligkeit direkt um das Schwarze Loch spiegeln sich auch in einer Helligkeitsänderung des Gaswolkenhalos wieder - allerdings mit einer zeitlichen Verzögerung, die vom Durchmesser des Halos abhängt. Andererseits hängt auch die wahre Helligkeit der Gaswolken von diesem Durchmesser ab. Aus der zeitlichen Verzögerung von Helligkeitsänderungen können die Astronomen zunächst die wahre Helligkeit der Region breiter Linien bestimmen und dann durch einen Vergleich mit der beobachteten Helligkeit auch die Entfernung. Das Verfahren erlaubt Entfernungsmessungen bis hin zu zwölf Milliarden Lichtjahren. Ein gewaltiger Sprung nach vorn für die Kosmologen.