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VLBI
Zwillingsjets lokalisieren Schwarzes Loch
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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19. September 2016

Mithilfe mehrerer Radioteleskope ist es Astronomen jetzt gelungen, die Position des zentralen supermassereichen Schwarzen Lochs in der Galaxie NGC 1052 zu bestimmen. Genauer als in dieser Galaxie konnte man das zentrale Schwarze Lochs bislang nur in unserer Milchstraße lokalisieren. In unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts ermittelten die Forscher zudem die Stärke des Magnetfelds.

NGC 1052

3-mm-Radiobild der Galaxie NGC 1052, beobachtet im Rahmen des weltweiten Millimeter-VLBI-Netzwerks (GMVA). Die Abbildung zeigt eine sehr kompakte Region im Zentrum und zwei entgegengesetzt gerichtete Jets (unteres Bild) sowie eine schematische Darstellung des Systems mit einer Akkretionsscheibe und zwei Regionen mit verwirbelten Magnetfeldern, die zwei hochenergetische Jets formen (oberes Bild). Bild: Anne-Kathrin Baczko et al., Astronomy & Astrophysics [Großansicht]

Deutsche Astronomen haben das Magnetfeld in der Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs vermessen. Eine leuchtkräftige und sehr kompakte Struktur mit einer Ausdehnung von nur zwei Lichttagen im Herzen der aktiven Galaxie NGC 1052 wurde dabei mit einem weltweiten Netzwerk von Radioteleskopen in Millimeter-Wellenlängen beobachtet.

Die Beobachtungen ergaben eine Magnetfeldstärke zwischen 0,02 und 8,3 Tesla unmittelbar am Ereignishorizont des zentralen Schwarzen Lochs. Das Team unter Leitung der Doktorandin Anne-Kathrin Baczko zeigt somit, dass Magnetfelder die erforderliche magnetische Energie zur Versorgung der hochenergetischen relativistischen Jets in aktiven Galaxien zur Verfügung stellen können.

Die Beobachtungstechnik, die zur Untersuchung von Details im Zentrum der Galaxie NGC 1052 angewandt wurde, wird als Very Long Baseline Interferometrie oder VLBI bezeichnet. Sie ermöglicht die Lokalisierung der Fußpunkte von Jets, also gebündelten Partikelstrahlen, auf Größenskalen, die nahe an den Ereignishorizont der zentralen Energiequelle, also des supermassereichen Schwarzen Lochs, heranreichen. Das Schwarze Loch selbst bleibt dabei allerdings unsichtbar.

Dabei wird die genaue Position des Schwarzen Lochs nur indirekt nachgewiesen, und zwar dadurch, dass man die Position der Radiojets in Abhängigkeit von der Wellenlänge bestimmt, die im Extremfall für eine Wellenlänge von Null gegen den Fußpunkt des Jets konvergiert. Der nach wie vor unbekannte Abstand zwischen dem Fußpunkt des Jets und dem zentralen Schwarzen Loch macht es schwierig, die fundamentalen physikalischen Eigenschaften in vielen Galaxien zu bestimmen.

Die verblüffende Symmetrie in den neuen Beobachtungen der Zwillingsjets von NGC 1052 ermöglicht es den Forschern nun, die tatsächliche Position des Aktivitätszentrums in dieser Galaxie innerhalb der zentralen Struktur zu bestimmen. Mit Ausnahme des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße handelt es sich dabei um die genaueste Lokalisierung der Position eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Universum.

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"NGC 1052 stellt in der Tat eine Schlüsselquelle dar, da sie direkt und eindeutig die Position eines Schwarzen Lochs im noch nahen Universum markiert", sagt Anne-Kathrin Baczko, die diese Forschungsarbeit an den Universitäten Erlangen-Nürnberg und Würzburg sowie am Max-Planck-Institut für Radioastronomie durchgeführt hat.

NGC 1052 ist eine elliptische Galaxie in einer Entfernung von rund 60 Millionen Lichtjahren in Richtung des Sternbilds Walfisch. Das Magnetfeld des supermassereichen Schwarzen Lochs ist über die Kompaktheit und über die Leuchtkraft der Zentralregion in der Galaxie NGC 1052 bestimmt worden. Diese Radioquelle hat einen Durchmesser von nur 57 Mikro-Bogensekunden; das entspricht der Größe einer DVD auf der Mondoberfläche.

Die erstaunliche Winkelauflösung wurde mit dem Globalen Millimeter-VLBI Array erreicht, einem Netzwerk von Radioteleskopen in Europa, den USA und Ostasien, das vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie organisiert wird. "Das ergibt eine bisher unerreichte Bildschärfe und bald wird man sogar die Größenordnung des Ereignishorizonts für nahegelegene Objekte erreichen", sagt Eduardo Ros, der als MPIfR-Wissenschftler an diesem Projekt beteiligt ist.

Die einzigartigen energiereichen Zwillings-Jets in einer relative nahen Galaxie, ähnlich im Abstand zu der bekannten aktiven Galaxie M87, dürften NGC 1052 zu einem begehrten Ziel für Beobachtungen von nahegelegenen aktiven Galaxien in der kommenden Ära von Radiointerferometrie bei Millimeter-Wellenlängen machen, etwa mithilfe des Atacama Large Millimetre Array (ALMA). 

Die vorliegende Beobachtung könnte dabei helfen, das schon lange existierende Rätsel zu lösen, wie die energiereichen relativistischen Jets gebildet werden, die in den Zentren einer Reihe von aktiven Galaxien gefunden werden. Das Ergebnis ist von großer Bedeutung für die Astrophysik, da es zeigt, dass die freigesetzte magnetische Energie eines sehr schnell rotierenden supermassereichen Schwarzen Lochs den Antrieb für die Jets bilden kann.

Über ihre Ergebnisse berichten die Wissenschaftler in einem Artikel, der in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics  erschienen ist. 

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siehe auch
VLBI: Drei Schwarze Löcher in einem Quasar - 26. Juni 2014
VLBI: Detaillierter Blick ins Zentrum eines Quasars - 18. Juli 2012
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
Fachartikel bei Astronomy & Astrophysics
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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