Staubsäule in Zentrum einer aktiven Galaxie entdeckt

Video: künstlerische Darstellung eines AGNKünstlerische Darstellung der Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs in NGC 3783
Künstlerische Darstellung von NGC 3783

Mit bislang unerreichter Detailschärfe haben Astronomen die Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum einer aktiven Galaxie untersucht. Dabei machten sie einen unerwarteten Fund: Staub schießt senkrecht zu einer inneren ringförmigen Staubscheibe ins All hinaus. Angetrieben wird er vermutlich von der intensiven Strahlung, die aus der heißen Umgebung des Schwarzen Lochs kommt. Ihre Daten veröffentlichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal“.

Im Zentrum der 130 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie NGC 3783 sitzt ein Schwarzes Loch, das acht bis zehn Millionen mal so viel Masse enthält wie die Sonne. Das ist nicht unüblich, in den meisten Galaxien findet sich solch ein massereiches Objekt – auch in unserer Milchstraße. In NGC 3783 ist das Schwarze Loch allerdings von einer heißen Scheibe aus Gas und Staub umgeben, in der die Teilchen mit hoher Geschwindigkeit kreisen. Ähnlich wie in einem Wasserstrudel strömen sie dabei umso schneller, je dichter sie dem zentralen Schwarzen Loch kommen. Dabei reiben die Gasteilchen aneinander und werden sehr stark erhitzt, und zwar umso stärker, je dichter die Materie sich am Schwarzen Loch befindet.

Die innere, heiße Scheibe ist dabei in einen Ring, auch Torus genannt, von Gas und Staub eingebettet. Dieser wird durch das heiße, hell leuchtende Innere der Scheibe beleuchtet und dadurch ebenfalls erhitzt. Sichtbar ist der Staubtorus im Infrarotlicht, entsprechend seiner Temperatur. Allerdings war es aufgrund der Entfernung zu solchen sogenannten aktiven Galaxienkernen (Active Galactic Nuclei, AGN) bislang nicht möglich, die Scheiben auch räumlich aufzulösen – sie waren einfach als heller Lichtpunkt auch in den größten Teleskopen zu erkennen.

Entsprechend überrascht waren die Forscher um Sebastian Hönig, der zur Zeit an der University of California Santa Barbara in den USA und an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel arbeitet, als es Ihnen gelang, mithilfe des Internferometers am Very Large Telescope (VL) in Chile, räumlich aufgelöste Daten von NGC 3783 zu erhalten. Zusätzlich zu der schon länger bekannten Nahinfrarotstrahlung des bis zu 1000 Kelvin (730 Grad Celsius) heißen Staubes in dem Torus tauchte in den Daten nämlich kühlerer Staub mit einer Temperatur um 300 Kelvin, also Raumtemperatur, ober- und unterhalb der Scheibe auf.

Die gefundenen Staubströme dehnen sich also senkrecht zu diesem heißen Staubtorus. „Wir hatten schon bei zwei oder drei anderen aktiven Galaxien Anzeichen für solche Staubströme gefunden“, sagt Co-Autor Makoto Kishimoto vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, „aber wir waren überrascht, dass er bei NGC 3783 so dicht ist.“ Abhängig von der Wellenlänge stammen 60 bis 90 Prozent der Strahlung im mittleren Infrarot aus den beiden Staubsäulen und nicht wie bislang angenommen aus dem Torus. Das wirft Fragen auf, zum Beispiel die über die Entstehung dieser polaren Staubströme.

Vier große Teleskope werden durch Lichttunnel mit einigen kleineren Hilfsteleskopen verbunden. Sie stehen auf einem hohen Berg.
VLT-Interferometer

Um die Zentralregion von NGC 3783 zu untersuchen, benötigten die Astronomen die vereinte Leistung der Hauptteleleskope des VLT der ESO. Schaltet man diese Teleskopeinheiten zusammen, erhält man ein Interferometer mit einer Auflösung, die der eines Teleskops mit 130 Metern Spiegeldurchmesser gleicht. Gerd Weigelt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, ein Mitglied des Astronomenteams, ergänzt: „Erst durch die Kombination der erstklassigen Empfindlichkeit der großen Spiegel des VLT mit der Interferometrietechnik können wir genug Licht sammeln, um so lichtschwache Objekte detailliert zu beobachten. So können wir eine Region in einer Galaxie in einigen zehn Millionen Lichtjahren Entfernung untersuchen, die gerade mal so groß ist wie der Abstand zwischen der Sonne und dem nächsten Stern. Kein anderes optisches oder Infrarotsystem ist derzeit dazu in der Lage.”

Abschließend spekulieren die Forscher, dass die Staubsäulen über der Scheibe um das Schwarze Loch in AGNs durch staubige Winde aus dem heißen Inneren der Scheibe kommen könnten, die durch die intensive Strahlung angetrieben werden – in Anreiz, sich dieser These mit theoretischen Modellen zu beschäftigen.