Jets eines Schwarzen Lochs im Fokus

Spektakuläre Nahaufnahme des nächstgelegenen supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Radiogalaxie Centaurus A

20. Mai 2011

Einem internationalen Forscherteam unter Führung der Doktorandin Cornelia Müller (Universität Erlangen-Nürnberg) ist unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie eine spektakuläre Nahaufnahme des uns nächstgelegenen supermassereichen Schwarzen Lochs gelungen. Die Forscher untersuchten das Zentrum der Radiogalaxie Centaurus A in nur 12 Millionen Lichtjahren Entfernung, die ein Schwarzes Loch mit der 50-Millionenfachen Masse der Sonne beherbergt. Die erhaltenen Daten zeigen zwei entgegengerichtete stark gebündelter Materieströme, die in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs auf Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Die einzigartige Bildqualität gelang durch die erstmalige Einbindung zweier vom Bundesamt für Kartografie und Geodäsie (BKG) betriebener deutscher Radioteleskope in ein interkontinentales Teleskopnetzwerk im Rahmen des TANAMI-Projekts, welches von Prof. Dr. Matthias Kadler (Universität Würzburg) und Prof. Dr. Roopesh Ojha (NASA's Goddard Space Flight Center) geleitet wird. Die Ergebnisse werden in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics, Ausgabe 530 (Juni 2011) veröffentlicht.

Die bisher genaueste Aufnahme eines extragalaktischen Jets. Die TANAMI Aufnahme von Centaurus A (unten links) stellt eine 1000-fache Vergrößerung gegenüber dem optischen Bild (oben rechts) dar, dem auch die großskalige Radio- und Röntgenemission überlagert ist.

© ESO/WFI (Optisch); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Radio/Submillimeter); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (Röntgen).

Die bisher genaueste Aufnahme eines extragalaktischen Jets. Die TANAMI Aufnahme von Centaurus A (unten links) stellt eine 1000-fache Vergrößerung gegenüber dem optischen Bild (oben rechts) dar, dem auch die großskalige Radio- und Röntgenemission überlagert ist.

© ESO/WFI (Optisch); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Radio/Submillimeter); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (Röntgen).

Das internationale Forscher-Team beobachtet im Rahmen des TANAMI-Projekts Schwarze Löcher in den Zentren von aktiven Galaxien. Diese Schwarzen Löcher können Millionen- bis sogar Milliardenfach schwerer als unsere Sonne sein. Den Forschern gelang es, in ihrer neuen Aufnahme der Radiogalaxie Centaurus A Strukturen mit einer Größe von nur 0,04 Lichtjahren abzubilden. Das stellt einen neuen Rekord bei der Erforschung extragalaktischer Schwarzer Löcher dar.

Beim Einfall von Materie auf ein Schwarzes Loch wird eine enorme Energiemenge freigesetzt. Diese Energie wird genutzt, um einen Teil der einfallenden Materie zu bündeln und mit nahezu Lichtgeschwindigkeit wieder aus dem Einflussbereich des Schwarzen Lochs hinauszukatapultieren. Aufgrund der starken Wechselwirkung dieser Jets mit mit dem umgebenden Gas spielen diese spektakulären Objekte so eine wichtige Rolle bei der Entstehung und Entwicklung von Galaxien im Universum. "Um solche aktiven Galaxien und ihre Rolle im Universum verstehen zu können, ist es unerlässlich, die Entstehungsregionen ihrer Jets mit höchstmöglicher Bildschärfe abzubilden." erklärt die Astronomin Cornelia Müller.

Das TANAMI-Team nutzt die Radioteleskope des Australischen "Long Baseline Array", welche mit weiteren Teleskopen in Südafrika, Chile und der Antarktis zusammengeschaltet werden, um die qualitativ hochwertigsten Aufnahmen der hellsten Jets des Südhimmels zu erstellen. "Mittels moderner Computermethoden entstehen Bilder mit der Schärfe eines einzigen riesigen Zehntausendmeter-großen Teleskops" sagt Dr. Hayo Hase (BKG) und ergänzt: "Durch die Beteiligung der beiden deutschen Radioteleskope TIGO in Concepción, Chile und auf der Antarktisstation O'Higgins konnten wir seit 2008 die Bildqualität und Auflösung für TANAMI extrem steigern".

Faszinierenderweise senden solche Jets aber nicht nur Radiostrahlung aus, sondern auch höchstenergetische Gammastrahlung. "Eine der wichtigsten Fragen der Astrophysik ist, wo diese Gammastrahlung produziert wird. Nur in Centaurus A und nur mit TANAMI erreichen wir derzeit die nötige Bildauflösung, um diese Regionen abbilden zu können" führt Prof. Matthias Kadler aus. Das TANAMI-Team wird mit kontinuierlich fortgeführten Überwachungsmessungen der Radiostruktur und der veränderlichen Gammastrahlung von Centaurus A, dem Ursprung dieser Gammastrahlung und weiteren Rätseln der Schwarzen Löcher auf der Spur bleiben.

Die neun Teleskope des TANAMI Netzwerks auf vier verschiedenen Kontinenten.

Kollage: Kollage: Matthias Kadler, Universität Würzburg & Jörn Wilms, FAU Erlangen-Nürnberg.

Die neun Teleskope des TANAMI Netzwerks auf vier verschiedenen Kontinenten.

Kollage: Kollage: Matthias Kadler, Universität Würzburg & Jörn Wilms, FAU Erlangen-Nürnberg.

"Die Untersuchung aktiver Galaxienkerne und Jets am Südhimmel im Rahmen des TANAMI-Projekts stellt eine hervorragende Ergänzung unserer Forschungsarbeit dar, die sich im Rahmen zahlreicher Beobachtungskampagnen des internatonalen VLBI-Netzwerks von Radioteleskopen bisher überwiegend am Nordhimmel abgespielt hat", sagt Prof. Anton Zensus, Ko-Autor der Veröffentlichung, der als Direktor am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie die Forschungsabteilung Astronomie/Very-Long-Baseline Interferometrie leitet. "Wir finden aktive Galaxien mit extrem massereichen Schwarzen Löchern im Zentrum sowohl am Nordhimmel als auch am Südhimmel. Aber Centaurus A stellt als nächstgelegene aktive Radiogalaxie in nur 12 Millionen Lichtjahren Entfernung einen Solitär dar, bei dem wir das zentrale Schwarze Loch so detailliert untersuchen können wie bei keiner anderen Galaxie."