Das wachsende Schwarze Loch ist das hellste Objekt, das jemals von Astronomen beobachtet wurde

Eine neue Studie veröffentlicht in Natürliche Astronomie beschreibt das hellste Objekt, das jemals von Astronomen beobachtet wurde. Es ist ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 17 Milliarden Sonnen, das jeden Tag mehr Masse verschluckt als die Sonne.

Er ist seit mehreren Jahrzehnten bekannt, aber weil er so hell ist, gingen Astronomen davon aus, dass es sich um einen nahegelegenen Stern handeln muss. Erst neuere Beobachtungen haben seine extreme Entfernung und Leuchtkraft offenbart.

Das Objekt erhielt den Namen J0529-4351. Dieser Name bezieht sich einfach auf seine Koordinaten auf der Himmelskugel, eine Möglichkeit, Objekte am Himmel innerhalb einer Kugel zu projizieren. Es handelt sich um eine Art Objekt namens Quasar.

Die physikalische Natur von Quasaren war zunächst unbekannt. Doch 1963 wurde das sichtbare Licht eines Quasars namens 3C 273 in alle seine Wellenlängen (Spektrum genannt) aufgespalten. Dies zeigte, dass es fast 2 Milliarden Lichtjahre entfernt war.

Angesichts der Helligkeit und Entfernung von 3C 273 muss es extrem leuchtend sein, ein Begriff in der Astronomie, der sich auf die Lichtmenge bezieht, die ein Objekt in einer Zeiteinheit aussendet. Die einzige bekannte Energiequelle für solch extreme Helligkeit war herabfallende Materie in einem supermassiven Schwarzen Loch. Quasare sind daher die am aktivsten wachsenden Schwarzen Löcher im Universum.

Energiequelle

Supermassereiche Schwarze Löcher finden sich häufig in den Zentren von Galaxien. Wie alle Quasare wird J0529-4351 durch Material, hauptsächlich überhitzten Wasserstoff und Helium, angetrieben, das aus der umgebenden Galaxie in sein Schwarzes Loch fällt.

Jeden Tag fällt etwa einmal die Masse der Sonne in dieses Schwarze Loch. Wie genau so viel Gas in die Zentren von Galaxien geleitet werden kann, um die Masse von Schwarzen Löchern zu erhöhen, bleibt in der Astrophysik eine unbeantwortete Frage.

Im Zentrum der Galaxie bildet das Gas eine dünne Scheibe. Die Eigenschaften der Viskosität (Widerstand gegen den Materialfluss im Raum) und der Reibung in der dünnen Scheibe tragen dazu bei, das Gas auf mehrere Zehntausend Grad Celsius zu erhitzen. Es ist heiß genug, um im ultravioletten und sichtbaren Wellenlängenbereich des Lichts zu leuchten. Es ist dieses Leuchten, das wir von der Erde aus beobachten können.

Mit einer Masse von rund 17 Milliarden Sonnen ist J0529-4351 nicht das massereichste bekannte Schwarze Loch. Ein Objekt im Zentrum des Galaxienhaufens Abell 1201 entspricht 30 Milliarden Sonnen. Allerdings müssen wir bedenken, dass wir dies erleben, als das Universum erst 1,5 Milliarden Jahre alt war. Es ist jetzt etwa 13,7 Milliarden Jahre alt.

Dieses Schwarze Loch muss daher während eines erheblichen Bruchteils des Alters des Universums zum Zeitpunkt seiner Beobachtung mit dieser Geschwindigkeit gewachsen sein oder sich angesammelt haben. Die Autoren glauben, dass die Ansammlung von Gas durch das Schwarze Loch nahe der durch die Gesetze der Physik vorgegebenen Grenze erfolgt. Eine schnellere Akkretion führt zu einer helleren Gasscheibe um das Schwarze Loch, die wiederum verhindern kann, dass zusätzliche Materie hineinfällt.

Geschichte der Entdeckung

J0529-4351 ist seit Jahrzehnten bekannt, aber obwohl es eine Gasakkretionsscheibe hat, die 15.000 Mal größer ist als unser Sonnensystem, und eine eigene Galaxie besetzt, die wahrscheinlich fast der Größe der Milchstraße entspricht, ist es so weit entfernt, dass es als eine Galaxie erscheint einzelner Lichtpunkt in unseren Teleskopen.

Das bedeutet, dass es schwierig ist, ihn von den Milliarden Sternen in unserer eigenen Galaxie zu unterscheiden. Um herauszufinden, dass es sich tatsächlich um ein weit entferntes, mächtiges, supermassereiches Schwarzes Loch handelt, waren komplexere Techniken erforderlich. Zunächst sammelten Astronomen Licht aus der Mitte des Infrarotwellenbandes (Licht mit viel längeren Wellenlängen, als wir sehen können).

Sterne und Quasare sehen bei diesen Wellenlängen sehr unterschiedlich aus. Um die Beobachtung zu bestätigen, wurde (ähnlich wie beim Quasar 3C 273) mit dem 2,3-Meter-Teleskop der Australian National University am Siding Observatory Spring, New South Wales, ein Spektrum aufgenommen.

Und was 3C 273 betrifft, so verriet das Spektrum sowohl die Natur des Objekts als auch seine Entfernung: 12 Milliarden Lichtjahre. Dies verdeutlichte, wie extrem die Helligkeit gewesen sein muss.

Detaillierte Kontrollen

Trotz dieser Messungen mussten zahlreiche Kontrollen durchgeführt werden, um die wahre Leuchtkraft des Quasars zu bestätigen. Zunächst mussten die Astronomen sicherstellen, dass das Licht nicht durch eine Quelle am Himmel näher an der Erde verstärkt wurde. Ähnlich wie die Linsen in Brillen oder Ferngläsern können Galaxien als Linsen fungieren. Sie sind so dicht, dass sie Licht von weiter entfernten Quellen, die perfekt hinter ihnen aufgereiht sind, beugen und verstärken können.

Daten des Gaia-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation, der die Position von J0529-4351 äußerst präzise misst, wurden verwendet, um festzustellen, dass es sich bei J0529-4351 tatsächlich um eine einzelne, linsenlose Lichtquelle am Himmel handelt. Dies wird durch detailliertere Spektren gestützt, die mit der Anlage des Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte in Chile aufgenommen wurden.

J0529-4351 wird wahrscheinlich ein sehr wichtiges Werkzeug für die zukünftige Untersuchung von Quasaren und dem Wachstum von Schwarzen Löchern werden. Die Masse von Schwarzen Löchern ist eine grundlegende Eigenschaft, aber es ist sehr schwierig, sie direkt zu messen, da es keinen Standardmaßstab für solch absurd große und mysteriöse Objekte gibt.

Eine Technik besteht darin, die Wirkung des Schwarzen Lochs auf die diffuseren Gase zu messen, die es in großen Wolken, der sogenannten „weiten Region“, umkreisen. Dieses Gas wird im Spektrum durch breite „Emissionslinien“ sichtbar, die durch Elektronen verursacht werden, die zwischen bestimmten Energieniveaus im ionisierten Gas springen.

Die Breite dieser Linien steht in direktem Zusammenhang mit der Masse des Schwarzen Lochs, aber die Kalibrierung dieser Beziehung wurde für die leuchtkräftigsten Objekte wie J0529-4351 nur sehr schlecht getestet. Aufgrund seiner großen physikalischen Größe und Helligkeit wird J0529-4351 jedoch von einem neuen Instrument namens Gravity+ beobachtet werden können, das am VLT installiert wird.

Dieses Instrument wird eine direkte Messung der Masse des Schwarzen Lochs liefern und Beziehungen kalibrieren, die zur Schätzung der Massen anderer Objekte mit hoher Leuchtkraft verwendet werden.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.