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VLBI
Detaillierter Blick ins Zentrum eines Quasars
von Stefan Deiters
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18. Juli 2012

Durch die Zusammenschaltung von Radioteleskopen in Chile, auf Hawaii und in Arizona gelang Astronomen jetzt der bislang detaillierteste Blick in das Zentrum eines entfernten Quasars. Für die Wissenschaftler sind die Beobachtungen ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu ihrem eigentlichen Ziel: Die Abbildung des Schattens des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße.

3C 279

So stellt sich ein Künstler den Quasar 3C 279 vor, der jetzt mit Hilfe von drei Radioteleskopen im Detail beobachtet wurde. Bild: ESO / M. Kornmesser

Ziel der heute vorgestellten Beobachtungen war der Quasar 3C 279, dessen Licht rund fünf Milliarden Jahre benötigt hat, um die Erde zu erreichen. In seinem Inneren vermuten die Astronomen ein supermassereiches Schwarzes Loch, mit einer Masse, die etwa der eine Milliardenfachen Masse unserer Sonne entspricht. Das Schwarze Loch im Zentrum von 3C 279 verschlingt offenbar gerade größere Mengen an Gas. Bevor dieses jedoch auf Nimmerwiedersehen in dem Schwarzen Loch verschwindet, heizt es sich auf extreme Temperaturen auf und sendet so eine intensive Strahlung aus, die noch über weite Distanzen zu sehen ist. Man spricht von einem aktiven Galaxienkern oder einem Quasar.

Für ihre Beobachtungen haben die Wissenschaftler das Teleskop des Atacama Pathfinder Experiment (APEX) in Chile mit dem Submillimeter Array (SMA) auf Hawaii und dem Submillimeter Telescope (SMT) im US-Bundesstaat Arizona zusammengeschaltet. Durch ein als Very Long Baseline Interferometry (VLBI) bezeichnetes Beobachtungsverfahren lassen sich mehrere Teleskope zu einem einzelnen Teleskop kombinieren, dessen theoretischer Durchmesser der Entfernung der beteiligten Teleskope entspricht. Für möglichst detaillierte Untersuchungen ist somit eine möglichst große Entfernung zwischen den Teleskopen nötig.

Der Beteiligung des APEX-Teleskops in Chile kam somit eine entscheidende Bedeutung bei den aktuellen Beobachtungen zu, ist doch dessen Teleskopstandort in der Atacama-Wüste 9.447 Kilometer vom SMA auf Hawaii und 7.174 Kilometer vom SMT in Arizona entfernt. Die Beobachtungen wurden bei einer Wellenlänge von 1,3 Millimetern, also im Radiobereich durchgeführt und stellten eine Premiere dar: Noch nie waren zuvor mit einer so kurzen Wellenlänge und einer so großen Entfernung zwischen den Teleskopen VLBI-Beobachtungen durchgeführt worden.

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Das Ergebnis war beachtlich: Die Astronomen erreichten mit den Beobachtungen eine Winkelauflösung von nur 28 Mikrobogensekunden, was etwa dem achtmilliardsten Teil eines Grads entspricht. In dem mehrere Milliarden Lichtjahre entfernten Quasar lassen sich damit noch immer Details mit einer Größe von weniger als einem Lichtjahr ausmachen.

Dieser Erfolg ist für die beteiligten Wissenschaftler jedoch nur ein Schritt auf dem Weg zu einem noch faszinierenderen Ziel: Sie wollen die direkte Umgebung von supermassereichen Schwarzen Löchern abbilden. Dazu sollen noch weitere Radioteleskope miteinander zum sogenannten Event Horizon Telescope verbunden werden, mit dem sich sogar der Schatten des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße abbilden lassen sollte.

Dieser Schatten, eine dunkle Region vor dem hellen Hintergrund, sollte durch die Ablenkung des Lichts durch das Schwarze Loch entstehen. Seine Beobachtung würde den ersten direkten Beweis für die Existenz des sogenannten Ereignishorizonts (im Englischen Event Horizon) eines Schwarzen Lochs darstellen, also jener theoretische Grenze, nach deren Überschreiten es sogar für Licht keinen Weg zurück mehr gibt.

Das APEX-Teleskop, das vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, dem Onsala Space Observatory und der europäischen Südsternwarte ESO betrieben wird, hat für die jetzt vorgestellte Studie erstmals an VLBI-Beobachtungen teilgenommen. Um dies möglich zu machen, mussten neue digitale Datenerfassungssysteme, eine hochpräzise Atomuhr sowie ein Speicher installiert werden, der über mehrere Stunden vier Gigabit an Daten pro Sekunde abspeichern kann.

Von jedem Teleskop kamen so vier Terabyte an Daten zusammen, die auf Festplatten nach Bonn gebracht und dort ausgewertet wurden. Das APEX-Teleskop ist ein Prototyp für das gerade in Chile entstehende Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), über dessen Bau schon wiederholt bei astronews.com berichtet wurde. ALMA wird einmal aus insgesamt 66 Radioschüsseln bestehen.

Ob auch ALMA für VLBI-Beobachtungen von Schwarzen Löchern genutzt werden kann, wird gegenwärtig gerade untersucht. Die Empfindlichkeit ließe sich auf diese Weise noch einmal um einen Faktor 10 im Vergleich zu den aktuellen Beobachtungen steigern. Das Aufspüren des Schattens des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße würde damit in greifbare Nähe rücken.  

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siehe auch
ALMA: Erste Beobachtungen mit Teleskop-Array - 4. Oktober 2011
Interferometrie: Blick ins Herz aktiver Galaxien - 9. Dezember 2009
Quasare: Tiefer Blick ins Zentrum - 24. Juli 2008
VLBA: Jagd nach dem Schatten des Schwarzen Lochs - 7. November 2005
Links im WWW
ESO
Event Horizon Telescope
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