VLT
Detaillierter Blick auf entferntes Schwarzes Loch
von Stefan Deiters
astronews.com
16. Dezember 2008

Mit Hilfe eines natürlichen Vergrößerungsglases und des Very Large Telescopes der Europäischen Südsternwarte ESO ist es Astronomen gelungen, die inneren Bereiche einer Akkretionsscheibe um ein supermassereiches Schwarzes Loch in zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung zu untersuchen. Sie konnten so erstmals die Theorie über solche Scheiben durch Beobachtungen bestätigen.

Das Einsteinkreuz und die Galaxie, durch deren Gravitationswirkung es entsteht. Bild: ESO / F. Courbin et al.  [Großansicht] Das Einsteinkreuz. Im Zentrum der Kern der Linsengalaxie, darum angeordnet die vier Bilder des entfernten Quasars. Bild: ESO / F. Courbin et al.

Das Astronomenteam aus Europa und den USA untersuchte ein Objekt, das unter dem Namen Einsteinkreuz bekannt geworden ist. Es besteht aus vier Abbildern eines entfernten Quasars in zehn Milliarden Lichtjahren Entfernung. Das Licht dieses Quasars wird durch eine Galaxie in rund einer Milliarde Lichtjahren Entfernung abgelenkt, wodurch es zu der eigentümlichen Konstellation kommt. Diesen sogenannten Gravitationslinsen-Effekt hatte Albert Einstein in seiner allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Das Licht des fernen Quasars wird durch diesen Effekt nicht nur abgelenkt, sondern auch verstärkt.

Dank der Hilfe dieses natürlichen Vergrößerungsglases gelang es den Astronomen nun, den fernen Quasar detailliert zu studieren. "Durch die Kombination dieses Vergrößerungseffektes mit einem großen Teleskop erhielten wir den bislang detailreichsten Blick auf dieses Objekt", erläutert Frédéric Courbin, der die Beobachtungen leitete.

Doch den Astronomen kam noch ein weiterer Umstand zur Hilfe: Nicht nur die Galaxie sorgte für eine Verstärkung des Lichts des fernen Quasars, sondern auch die Sterne in der Vordergrundgalaxie: Durch einen Microlensing genannten Effekt verstärkten sie zeitweise das Licht des fernen Objektes, so dass die Helligkeit der vier Bilder des Quasars von der Erde aus gesehen um einen mittleren Wert schwankte. Die Größe der Region im fernen Quasar, der durch die Sterne vergrößert wird entspricht einigen Lichttagen und damit in etwa der Größe der Akkretionsscheibe des Quasars.

Der Microlensing-Effekt sorgt nicht nur für Helligkeitsschwankungen, sondern auch für Farbänderungen des Quasarbildes, die Rückschlüsse etwa auf die Temperatur der Ausgangsregion der Strahlung zulassen. Durch die detaillierte Beobachtung dieser Variationen über mehrere Jahre konnten die Astronomen einiges darüber erfahren, wie Materie und Energie um das supermassereiche Schwarze Loch verteilt sind, das sich im Inneren des Quasars befindet.

Bei Quasaren handelt es sich um weit entfernte Galaxie, in deren Zentrum sich ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet, das gerade mit einer hohen Rate Material verschlingt. Dies sorgt für die extreme Helligkeit des Quasars, so dass das Zentrum den gesamten Rest der Galaxie überstrahlt. Bevor die Materie im Schwarzen Loch verschwindet, kreist sie in einer sogenannten Akkrektionsscheibe um die Schwerkraftfalle.

Die Astronomen um Courbin haben das Einsteinkreuz über drei Jahre jeweils drei Mal im Monat mit dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte auf dem Gipfel des Paranal in der chilenischen Wüste beobachtet und dabei die Helligkeits- und Farbänderungen der vier Quasarbilder genau verfolgt. "Dank dieser einmaligen Daten konnten wir zeigen, dass die energiereichste Strahlung aus einem Bereich stammt, der nur etwa einen Lichttag vom Schwarzen Loch entfernt ist", erklärt Alexander Eigenbrod, der mit der Analyse der Daten beschäftigt war. "Und was noch wichtiger ist: Die Energie der Strahlung fällt mit der Entfernung vom Schwarzen Loch ab und dies fast exakt so, wie es die Theorie vorhersagt."

Von entscheidender Bedeutung für den Erfolg der Beobachtungen waren dabei sowohl die große Gravitationslinse und das Microlensing als auch das Very Large Telescope. Dadurch konnten die Astronomen Bereiche in einer Größenordnung untersuchen, die einer Millionstel Bogensekunde entsprechen. Dies ist in etwa vergleichbar mit der Größe einer Ein-Euro-Münze in einer Entfernung von fünf Millionen Kilometern. "Und es ist Tausend Mal besser als was mit den besten heute verfügbaren Teleskopen erreicht werden kann", so Courbin.

Die Messung des Temperaturverlaufs um ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie ist ein wichtiger Schritt für die Astronomen zum Verständnis dieser Objekte: Es existieren nämliche unterschiedliche Theorien darüber, wie sich das aktive Schwarze Loch mit Material versorgt. Jede Theorie sagt einen anderen Temperaturverlauf in der Umgebung voraus. Da bislang entsprechende Messungen fehlten, war es den Wissenschaftlern nicht möglich eine der Theorien zu bestätigen oder aber auszuschließen.