Vereinheitlichendes Schema für Quasare

Die vielfältigen Erscheinungsformen der Quasare – supermassereicher Schwarzer Löcher in großen Galaxien – lassen sich auf nur zwei physikalische Parameter zurückführen. Das zeigt die statistische Untersuchung von 20­ 000 der leuchtkräftigen Himmelsobjekte durch zwei Astronomen. Es seien einerseits das Eddington-Verhältnis, das den Materieeinfall in das supermassereiche Schwarze Loch beschreibt, und andererseits die Orientierung des Schwarzen Lochs, die darüber entscheiden, wie ein Quasar von der Erde betrachtet aussieht. Die Forscher Yue Shen vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik in Cambridge und Luis Ho von der Universität Beijing berichten darüber im Fachblatt „Nature“.

In diesem Diagramm ist auf der Abszisse das Eddington-Verhältnis aufgetragen, auf der Ordinate die Orientierung. Jeder Quasar ist durch einen farbigen Punkt repräsentiert. Punkte gleicher Farbe liegen auf einer Linie in dem Diagramm.
Schema für Quasare

„Unsere Ergebnisse haben entscheidende Konsequenzen für die Erforschung der Quasare”, erläutert Ho. „Dieses einfache, die Quasare vereinheitlichende Schema weist uns den Weg für ein besseres Verständnis der Wechselwirkung zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und ihrer Umgebung.“ Dies könne zu neuen Erkenntnissen über die gemeinsame Evolution der Quasare und der Galaxien führen.

Quasare senden Strahlung in allen Wellenlängenbereichen aus – von Radiostrahlung über sichtbares Licht bis hin zu Röntgenstrahlung. Antriebsmotor der leuchtkräftigen Objekte ist der Materieeinfall in Schwarze Löcher mit der millionen- bis milliardenfachen Masse der Sonne. Die Materie fällt nicht direkt hinein, sondern bildet eine heiße, rotierende Scheibe um das Schwarze Loch. Von dieser Akkretionsscheibe geht der Hauptanteil der optischen Strahlung aus. Die Strahlung heizt zugleich Gaswolken in der Umgebung auf, die dann ihrerseits in bestimmten Wellenlängen leuchten. Magnetfelder lenken ein Teil der aus der Scheibe in das Schwarze Loch strömenden Materie um und bündeln sie in „Jets“ – Materiestrahlen, die Zehntausende von Lichtjahren ins All hinausreichen und vor allem im Radiobereich sichtbar sind.

Die beiden Astronomen haben die Strahlungseigenschaften von 20 000 Quasaren mit neuen, statistischen Methoden analysiert. Allein zwei Parameter reichen aus, so das Ergebnis, um alle Quasare einheitlich zu beschreiben. Entscheidend ist einerseits das Eddington-Verhältnis, welches das Verhältnis der Menge der einfallenden Materie zum Strahlungsoutput des Quasars angibt und somit die Effizienz der Energieerzeugung beschreibt. Andererseits ist die Orientierung der Rotationsachse des Schwarzen Lochs und damit auch die Lage der Akkretionsscheibe relativ zur Blickrichtung von der Erde von Bedeutung.

Das Einheitsschema von Shen und Ho erlaubt Astronomen künftig, aus relativ leicht messbaren Größen – wie dem Intensitätsverhältnis und der Breite von Emissionslinien im Spektrum eines Quasars – auf die Effizienz seiner Energieerzeugung und seine Lage im Raum zu schließen. Zudem deuten die Ergebnisse der beiden Forscher erstmalig auf einen Zusammenhang zwischen der großräumigen Umgebung der Quasare und ihrem Eddington-Verhältnis. Das Verhalten der supermassereichen Schwarzen Löcher ist offenbar eng an die Entwicklung von Galaxien und Galaxienhaufen gebunden.