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| PRI (MPIfR) 12/2009 (2) | Presseinformation | 8. Dezember 2009 |
Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von
Makoto Kishimoto vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn
präsentiert interferometrische Messungen im Nahinfrarotbereich,
die mit dem Keck-Interferometer auf Hawaii durchgeführt
wurden.
Zum ersten Mal konnten dabei
mehrere Zentralquellen von aktiven Galaxienkernen
räumlich aufgelöst werden. Die Messungen zeigen eine
ringförmige Emissionsstruktur,
die aus Staub und Gas besteht. Die gemessenen Ringradien liefern
neue Erkenntnisse über die Struktur des Materials, das auf die
Zentralregion ("Akkretionsscheibe") einfällt.
Die Ergebnisse werden in der ersten Dezemberwoche 2009 in der
Fachzeitschrift "Astronomy & Astrophysics" veröffentlicht.
Aus den Zentralbereichen vieler Galaxien kommt sehr intensive Strahlung von Röntgen- über optische, Infrarot- bis zur Radiostrahlung, wobei oftmals ein sogenannter Materiestrahl oder Jet aus dem eigentlichen Kern emittiert wird. Man glaubt, dass die abgestrahlte Energie aus solchen aktiven Galaxienkernen durch die Einströmung ("Akkretion") von Materie auf extrem massereiche Schwarze Löcher in den Zentren dieser Galaxien erzeugt wird. Einströmendes Gas und Staub strahlen dabei vorwiegend in optischen und Infrarot-Wellenlängen.
Das Forscherteam hat im Mai 2009 vier dieser AGN
erfolgreich mit dem Keck-Interferometer auf Hawaii beobachtet.
Zu den untersuchten Objekten gehören NGC 4151, eine relativ
nahe Galaxie in nur 50 Millionen Lichtjahren Entfernung, aber auch der
weit entfernte Quasar IRAS 13349+2438, dessen Rotverschiebung (z=0,108)
einer Entfernung von über einer Milliarde Lichtjahren entspricht.
"Dieses Ergebnis wurde nur möglich durch die große
Anstrengung der Keck-Mitarbeiter, die die Empfindlichkeit ihrer
Instrumente für
schwache Strahlung stark verbessert haben", sagt Makoto Kishimoto,
der Erstautor der Veröffentlichung.
Im Anschluss an die Interferometer-Beobachtungen wurden weiterhin
zeitnahe Aufnahmen der jeweiligen Galaxien im Nahinfrarotbereich mit dem
"United Kingdom Infrared Telescope" (UKIRT, Hawaii) aufgenommen.
Abb. 1:
UKIRT Infrarot-Aufnahmen der vier mit dem Keck-Interferometer
untersuchten Galaxien.
Mit dem Keck-Interferometer konnte
die innere Region der leuchtkräftigen Galaxienkerne
aufgelöst werden. Die daraus
abgeleitete ringförmige Struktur für die Galaxie NGC 4151 ist
im Bild oben rechts gezeigt.
Während die gesamte Ausdehnung dieser Galaxie mehrere 10000 Lichtjahre
umfasst, beträgt der Radius des
aufgelösten inneren Rings lediglich 0,13 Lichtjahre; das
entspricht einem Winkeldurchmesser von nur 0,5 Millibogensekunden am Himmel!
Die Entfernung jeder der vier Galaxien ist in Millionen von Lichtjahren
angegeben, zusammen mit der entsprechenden Rotverschiebung z im Spektrum.
Bild:
M. Kishimoto, auf der Basis von Galaxienaufnahmen mit UKIRT.
(Bitte Anklicken für höhere Auflösung!).
Die Astronomen haben das Ziel, einen direkten Einblick in die Welt der Schwarzen Löcher zu erhalten. Sie wollen beobachten, wie ein massereiches Schwarzes Loch das umgebende Gas verschluckt und wo genau in der Umgebung des Schwarzen Lochs der energiereiche Jet aus dem Zentralbereich startet. Um derart weit entfernte Objekte in Infrarot-Wellenlängen räumlich aufzulösen, wären Teleskope von 100 Metern Durchmesser und mehr erforderlich. Anstatt nun Teleskope dieser Größenordnung zu bauen, ist es einfacher und leichter zu realisieren, die Strahlengänge von zwei oder mehr benachbarten Einzelteleskopen miteinander zu überlagern ("interferieren"). Aus den erhaltenen Interferenzmustern lassen sich Informationen über die Umgebung der Schwarzen Löcher gewinnen.
"Die von uns angewandte Beobachtungstechnik ist sehr neu und anspruchsvoll, was die Beobachtungsbedingungen und schließlich die Auswertung der Daten betrifft", sagt Robert Antonucci von der University of California in Santa Barbara; er ist Ko-Autor der Veröffentlichung.
Zukünftige Interferometer-Anlagen dieser Art werden aus einem großen
Teleskop-Netzwerk bestehen, das sich
über mehrere Kilometer Entfernung erstreckt.
Solche Netzwerke (Interferometer) gibt es bereits seit einer Reihe von
Jahren in der Radioastronomie, jedoch noch nicht in der
Infrarot-Astronomie.
Die Infrarot-Interferometrie
befindet sich in einem recht frühen Stadium, weshalb meistens nur
zwei oder drei Teleskope für Interferometrie eingesetzt werden
können.
Einen Prototyp dafür stellen die beiden Keck-Teleskope mit
jeweils 10 m Durchmesser dar, die mit einem Abstand von 85 m als
Infrarot-Interferometer ("Keck-Interferometer") betrieben werden können.
Abb. 2:
Das Keck-Interferometer auf dem Mauna Kea (Hawaii).
Das Teleskop besteht aus zwei einzelnen 10-m-Teleskopen in getrennten
Kuppeln, im Abstand von 85 m.
Photo: Keck-Observatorium, Hawaii
(Bitte Anklicken für höhere Auflösung!).
Während das Keck-Interferometer regelmäßig zur Beobachtung von Sternen in unserer Milchstraße eingesetzt wird, stellen die Untersuchungen viel weiter entfernter Objekte außerhalb davon, besonders der massereichen Schwarzen Löcher in den Zentren entfernter Galaxien, eine ungleich größere Herausforderung dar. Das liegt einfach daran, dass sie um ein vielfaches schwächer strahlen als nahegelegene Sterne. Die Beobachtung solcher Objekte mit Interferometern, vor allem im kurzwelligen Infrarot (Nah-Infrarot), fast bei Wellenlängen des sichtbaren Lichts, stellen eine besondere Herausforderung dar. Dabei gilt, dass die Schwierigkeit der Beobachtung mit abnehmender Wellenlänge zunimmt.
Bis vor kurzem konnte lediglich eine einziger aktiver Galaxienkern erfolgreich mit dem Keck-Interferometer beobachtet werden. Diese Galaxie, NGC 4151, ist einer der hellsten AGN in optischen bzw. Infrarot-Wellenlängen. Die neuen empfindlicheren Beobachtungen von gleich vier dieser Galaxien ermöglichen nun ein recht zuverlässiges Bild davon, was mit dem Interferometer aufgelöst werden kann - eine ringförmige Struktur, die von der Nahinfrarot-Strahlung von Staubkörnern herrührt.
Mit der Auswertung von unterschiedlichen, voneinander unabhängigen Messungen des Radius dieses Bereichs des Staubringes ("Staubtorus") ist das Forscherteam der räumlichen Ausdehnung rund um das zentrale Schwarze Loch auf der Spur. Wie ist die radiale Verteilung, wie kompakt oder ausgedehnt ist der Staubtorus?
"Obwohl wir über die höchste bisher erreichte räumliche
Auflösung im Infrarotbereich verfügen,
untersuchen wir doch noch einen relativ weit außen gelegenen
Bereich um das zentrale Schwarze Loch", sagt
Makoto Kishimoto. "Wir hoffen, dass wir mit der höheren
Auflösung zukünftiger Interferometer mit Einzelteleskopen in
größerem Abstand noch näher an die Zentralquelle herankommen.
Außerdem planen wir, eine Reihe weiterer aktiver Galaxien mit
massereichen Schwarzen Löchern im Zentrum zu untersuchen."
Exploring the inner region of Type 1 AGNs with the Keck interferometer
,
Makoto Kishimoto, Sebastian F. Hoenig, Robert Antonucci, Takayuki Kotani,
Richard Barvainis, Konrad R.W. Tristram, Gerd Weigelt,
2009, Astronomy & Astrophysics 507, L57-L60 (DOI: 10.1051/0004-6361/200913512).
Scientists Observe Super-Massive Black Holes Using Keck Observatory in Hawaii , UCSB Press Release vom 10. Dezember 2009.
Towards an Exquisite Look at Black Holes, Press Release Joint Astronomy Centre (JACH) vom 8. Dezember 2009.
Galaxienherz durch die Staubbrille betrachtet,
Presseinformation PRI (MPIfR) 07/2008 (2) vom 23. Juli 2008.
Max-Planck-Forscher beobachten erstmals Materiescheiben in aktiven
Sternsystemen.
Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR).
Forschungsgruppe Infrared-Interferometrie am MPIfR.
W.M. Keck Observatory, Mauna Kea, Hawaii.
United Kingdom Infra-Red Telescope (UKIRT), Mauna Kea, Hawaii.
Dr. Makoto Kishimoto,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49-228-525-186
Fax: +49-228-525-229
E-mail: mk (at)
mpifr.de
Dr. Norbert Junkes,
Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49-228-525-399
Fax: +49-228-525-438
E-mail: njunkes (at)
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