Schwerkraft fordert Tribut von Schwarzen Löchern

Staubringe um supermassive Schwarze Löcher sind kompakter als erwartet

14. Juni 2017; Dörte Mehlert (mehlert@dsi.uni-stuttgart.de)

Künstlerische Darstellung des dichten Staubringes, der die
energievollen Prozesse in der Nähe eines supermassiven
Schwarzen Loches in Zentrum eines AGNs vollkommen
verdecken kann. Die SOFIA Beobachtungen legen nahe,
dass diese Staubringe 30 Prozent kleiner und somit kompakter
sind als bislang vermutet
(Copyright: NASA/SOFIA/Lynette Cook).

Die meisten, wenn nicht sogar alle, großen Galaxien beherbergen in ihrem Zentrum ein supermassives Schwarzes Loch. Wie in unserer eigenen Milchstraße sind viele dieser Massezentren vergleichsweise ruhig und wenig aktiv. Einige der supermassiven Schwarzen Löcher, die sogenannten aktiven Galaxienkerne (Active Galactic Nuclei – AGN), nehmen allerdings zeitweise einfallende Materie auf und das führt zur Abstrahlung von riesigen Mengen umgewandelter Energie.
Aus früheren Studien wissen Astronomen, dass alle AGNs von einem Donut-ähnlichen Staubring – dem Torus  – umgeben sind. Den Großteil ihrer Energie strahlen AGN‘s bei Wellenlängen im Infraroten ab, welche allerdings vom Wasserdampf in der Erdatmosphäre absorbiert werden und daher vom Erdboden aus nicht beobachtbar sind.

Daher haben jetzt Forscher der Universität von Texas in San Antonio und Austin, USA, zusammen mit Kollegen aus Japan, Spanien, Chile, Mexiko und Großbritannien mit Hilfe von SOFIA Beobachtungen die Staubkonzentrationen um supermassive Schwarze Löcher in elf AGNs genauer untersucht. Da SOFIA in der Stratosphäre oberhalb dieses Wasserdampfes beobachtet, hat die fliegende Sternwarte einen freien Blick in das infrarote Universum. Mit Hilfe der Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope (FORCAST) konnten die Wissenschaftler die AGN’s bei Wellenlängen von 31,5 Mikrometern beobachten und somit sowohl die Größe und Durchsichtigkeit der Staubringe im Detail bestimmen wie auch die räumliche Verteilung des Staubs in den Ringen untersuchen.

Diese Studie, deren Ergebnisse in der britischen Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) veröffentlicht worden sind, zeigen, dass diese Ringe um 30 Prozent kleiner sind, als von gängigen Modellen vorhergesagt. Außerdem zeigen die Daten, dass das Maximum der Energieabstrahlung bei noch längeren Wellenlängen (> 31,5 Mikrometer) abgestrahlt wird als vermutet. Das bedeutet, dass der Staub, der das zentrale Schwarze Loch der AGNs verdeckt, deutlich kompakter sein muss, als bislang angenommen.
„Dank SOFIA konnten wir Beobachtungen mit der maximalen räumlichen Auflösung gewinnen, die derzeit bei diesen Wellenlängen möglich ist“, sagt Lindsay Fuller, Erstautorin der Veröffentlichung in MNRAS. Diese Daten haben es uns ermöglicht neue Eigenschaften der Staubringe um AGNs zu entdecken.“
Weitere Untersuchungen sind nötig um sicher zu gehen, dass diese Infrarotstrahlung tatsächlich nur von den Staubringen herrührt und nicht etwa weitere, bisher noch unbekannte Komponenten dazu beitragen.
Enrique Lopez-Rodriguez, der die SOFIA-Beobachtungszeit für dieses Projekt beantragt hatte und am SOFIA Wissenschaftszentrum am NASA Ames Research Center arbeitet, meint: „Als nächstes werden wir noch mehr AGNS bei noch größerer Wellenlänge untersuchen und damit hoffentlich die physikalischen Strukturen in der Staubumgebung von AGNs noch besser verstehen können.“

Journal article: Investigating the dusty torus of Seyfert galaxies using SOFIA/FORCAST Photometry; Fuller et al. 2016, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 462, 2618; [DOI] https://doi.org/10.1093/mnras/stw1780

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