Eine Abbildung, die die Verteilung des mehrphasigen interstellaren Mediums im aktiven galaktischen Kern auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Beobachtung darstellt. Bildrechte: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Izumi et al.

Astronomie Speisung eines schwarzen Lochs erstmals beobachtet

04. November 2023, 06:57 Uhr

Supermassive schwarze Löcher werden von molekularem Gas gespeist. Wie das genau funktioniert? Das ist ein Rätsel der astronomischen Fachwelt. Ein Forschungsteam konnte diese Speisung zum ersten Mal beobachten. Dafür hat sie das Alma-Teleskop in der Atacama-Wüste verwendet.

Schwarze Löcher saugen die Materie in ihrer Umgebung auf. Wie das aber in der engeren Umgebung dieser Objekte konkret abläuft, was beispielsweise genau passiert, wenn Gas den sogenannten Ereignishorizont überschreitet, also die letzte Grenze, hinter der es keinerlei Rückkehr mehr gibt aus dem Loch heraus, diese Vorgänge sind nach wie vor Gegenstand der Forschung. Jetzt konnte ersten Mal ein von Wissenschaftlern nachvollziehen, wie molekulares Gas ein supermassives schwarzes Loch (SMBH) speist, und zwar in dessen engem Umfeld.

Alma: Das Radioteleskop für hochaufgelöste Astronomie

Das beobachtete Loch befindet sich im Zentrum der Circinus-Galaxie. Diese liegt in Richtung des südlichen Sternbilds Circinus (Zirkel). Sie gehört zu den Galaxien, die der Milchstraße am nächsten liegen und ist lediglich 13 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Dennoch ist sie eine der eher wenig erforschten Galaxien in unserer näheren Umgebung.

Für die Beobachtung des aktiven Kerns dieser Galaxie konnte das Team das Alma-Radioteleskop (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) in der chilenischen Atacama-Wüste nutzen. Das Radioteleskop kann Wellenlängen im Submillimeter-Bereich erfassen, was vergleichsweise hohe Auflösungen ermöglicht.

Die mit ALMA beobachteten mehrphasigen Gasverteilungen um den aktiven galaktischen Kern der Galaxie Circinus. Bildrechte: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Izumi et al.

Nur drei Prozent des Gases im Umfeld fallen in das Schwarze Loch

Das Forschungsteam konnte dank Alma eine räumliche Auflösung von 0,5 bis 2,6 Parsec erreichen, gewann also genaue Daten aus dem engeren Umfeld des supermassiven schwarzen Lochs. Dabei zeigte sich, dass weniger als drei Prozent des dichten molekularen Gases im zentralen Parsec des aktiven galaktischen Kerns (AGN) auch in das Loch hineinfielen.

Der Rest wird durch Ausströmungen von mehrphasigem Gas ausgestoßen. Dieses Gas wiederum trägt zur Neubildung von Sternen in der Galaxie bei. Die Forschungsgruppe vermutet, dass eine gravitativ instabile, dichte Gasscheibe die Akkretion (ein astronomisches Objekt sammelt durch seine Gravitationskräfte Materie wie Staubteilchen zusammen) antreibt und sich diese Scheibe im Bereich von etwa einem Parasec rund um das Loch befindet.

Was ist ein Parsec? Parsec ist die Kurzform von Parallaxensekunde und eine gängige astronomische Einheit für Entfernungen im Weltall. Damit werden beispielsweise die Abstände zwischen Galaxien angegeben.

1 Parsec entspricht 3,26 Lichtjahren – der Entfernung, die das Licht in 3,26 Jahren zurücklegen kann. Das sind ungefähr 31 Billionen Kilometer.

Ganz genau betrachtet beschreibt die Einheit die Entfernung von einem fernen Ort zu und, von dem aus der mittlere Abstand der Erde von der Sonne (= mittlerer Erdbahnradius) unter einem Winkel von einer Bogensekunde (= 1/3600 Grad) erscheint.

Wie misst man eine Bogensekunde? Eine Bogensekunde ist eine Winkel-Maßeinheit. Sie entspricht 1°/3.600 Grad. 60 Bogensekunden (60’’) werden zu einer Bogenminute zusammengefasst und 60 Bogenminuten (60’) entsprechen einem Grad.

Eine Bogensekunde entspricht ungefähr dem Winkel eines fünf Millimeter breiten Objekts, das sich in einer Entfernung von einem Kilometer befindet. Bei der Messung ist der Blickwinkel und der Standort entscheidend, von dem man aus in den Himmel schaut.