Supermassereiches Schwarzes Loch erzeugt riesige Blase

Beobachtungen der Radiogalaxie Messier 87 mit dem europäischen Niederfrequenz-Radioteleskop LOFAR

29. Oktober 2012

Mit dem brandneuen Radioteleskop LOFAR hat ein internationales Team von Astronomen unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik eines der bisher besten Bilder von riesigen Blasen aufgenommen, die durch ein supermassereiches Schwarzes Loch erzeugt wurden. Das Bild, aufgenommen in einem Frequenzbereich, der in der Regel Flugzeugpiloten vorbehalten ist, zeigt einen Bereich, der wie ein gigantischer, mit Plasma gefüllter Ballon aussieht. Diese Blase, die größer ist als eine ganze Galaxie, wurde langsam durch eines der massereichsten Schwarzen Löcher in unserer kosmischen Nachbarschaft aufgeblasen.

Die Falschfarbenaufnahme zeigt die Galaxie M87. Optisches Licht ist in weiß/blau dargestellt, die Radiostrahlung in gelb/orange. Im Zentrum weißt die Radiostrahlung eine hohe Oberflächenhelligkeit auf und zeigt somit, wo sich der Plasmastrahl befindet, der vom supermassereichen Schwarzen Loch angetrieben wird.

Mit dem brandneuen Radioteleskop LOFAR hat ein internationales Team von Astronomen unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Astrophysik eines der bisher besten Bilder von riesigen Blasen aufgenommen, die durch ein supermassereiches Schwarzes Loch erzeugt wurden. Das Bild, aufgenommen in einem Frequenzbereich, der in der Regel Flugzeugpiloten vorbehalten ist, zeigt einen Bereich, der wie ein gigantischer, mit Plasma gefüllter Ballon aussieht. Diese Blase, die größer ist als eine ganze Galaxie, wurde langsam durch eines der massereichsten Schwarzen Löcher in unserer kosmischen Nachbarschaft aufgeblasen.

Überraschenderweise verschwindet nicht die gesamte Materie, die ein Schwarzes Loch schluckt, auf Nimmerwiedersehen; ein Bruchteil der Teilchen entkommt diesem Schicksal. Die ausgestoßene Materie bildet einen heißen Plasmastrahl und verlässt die Heimatgalaxie des Schwarzen Lochs nahezu Lichtgeschwindigkeit. Das Plasma wird allmählich abgebremst und erzeugt dabei eine große und extrem dünne Blase, die neben der gesamten Galaxie auch ihre Umgebung umfasst. Für optische Teleskope ist diese Plasmablase unsichtbar, bei niedrigen Radiofrequenzen ist sie allerdings sehr markant, wie jüngste Beobachtungen mit dem LOFAR-Array gezeigt haben.

"Unsere Entdeckung ist von großer Bedeutung, weil sie zeigt, welch großes Potential in LOFAR steckt um detaillierte Ansichten der Galaxien und ihrer Umgebung zu erhalten", sagt Francesco de Gasperin vom Max-Planck-Institut für Astrophysik, der Erstautor der Studie, die in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht wird. "In Bezug auf die Entwicklung der Galaxien, liefert es überzeugende Belege für die starke Wechselwirkung zwischen dem supermassereichen Schwarzen Loch einer Galaxie und ihrer Umgebung. Ganz wie in einer Symbiose, stehen das Leben einer Galaxie und die Entwicklung ihres supermassereichen Schwarzen Lochs in enger Beziehung, wobei die Galaxie dem Schwarzen Loch ständig neue Nahrung zuführt und das Schwarze Loch umgekehrt Energie an die Galaxie abgibt."

Die Wissenschaftler beobachteten eine riesige elliptische Galaxie, Messier 87 (M87), in der Mitte eines Galaxienhaufens im Sternbild Jungfrau. Diese Galaxie ist 2000-mal massereicher als unsere Milchstraße und beherbergt in ihrem Innern eines der massereichsten Schwarzen Löcher, die bisher entdeckt wurden. Dieses besitzt 6 Milliarden Mal mehr Masse als unsere Sonne und ist weit davon entfernt, ein ruhiges Leben zu führen. Alle paar Minuten verschlingt dieses Schwarze Loch eine Materiemenge äquivalent zur Größe der Erde, wobei ein Teil davon in Strahlung und ein größerer Teil in Jets mit ultra-schnellen Teilchen umgewandelt wird, die für die beobachtete Radiostrahlung verantwortlich sind. Das Bild Blasen, die durch diese Aktivität des Scharzen Lochs erzeugt werden, wurde während der Testphase des neuen Internationalen LOFAR-Teleskop (ILT) bei Radiofrequenzen zwischen 25 und 160 MHz aufgenommen.

"Dies ist das erste Mal, dass qualitativ derart hochwertige Bilder bei solch niedrigen Frequenzen möglich sind", sagt Prof. Heino Falcke, Radboud University, Nijmegen & Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Vorsitzender des Vorstandes des ILT und Co-Autor der Studie. "Diese Region ist eine der schwierigsten am Himmel für eine Radioteleskop - wir hatten nicht erwartet, schon so früh nach der Inbetriebnahme von LOFAR so hochwertige Ergebnisse zu bekommen."

Das Spektrum der Radiowellen liefert Informationen über den Verlauf der Aktivität von supermassereichen Schwarzen Löchern. Das Team fand heraus, dass die durch Plasmastrahlen entstandenen Blasen überraschend jung sind; ihr Alter von nur etwa 40 Millionen Jahren ist auf kosmischen Zeitskalen nur ein Augenblick. "Besonders faszinierend dabei ist, dass wir durch die LOFAR-Beobachtungen die Energie messen können, die in diesem großräumigen Ausfluss steckt und so viel über die gewaltigen Prozesse zur Materie-Energie-Umwandlung lernen können, die sehr nahe an einem Schwarzen Loch stattfinden", sagt Andrea Merloni vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, der de Gasperin bei seiner Promotion betreut. "In diesem speziellen Fall scheint das schwarze Loch viel effizienter dabei zu sein, den Plasmastrahl zu beschleunigen als sichtbare Strahlung zu erzeugen."

Radio-Observatorium Effelsberg mit dem 100-m-Radioteleskop und der LOFAR-Station Effelsberg auf dem Gelände des Observatoriums.

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