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Ein Team von Astronominnen und Astronomen unter der Leitung von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) und der University of Arizona (UofA) hat mit dem Large Binocular Telescope Interferometer die Quellen der Infrarotstrahlung in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie NGC 1086 ermittelt. Sie entdeckten, dass der umgebende staubreiche Wind durch die heiße zentrale Akkretionsscheibe und durch Stöße, die durch einen gebündelten Gasstrom erzeugt werden, aufgeheizt wird. Diese Erkenntnisse und weitere Merkmale stützen das Standardmodell aktiver galaktischer Kerne, das ihre unterschiedlichen Erscheinungsformen erklärt.
Aktive galaktische Kerne (AGN) sind supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum bestimmter Galaxien. Wenn diese Schwarzen Löcher Materie anziehen, bildet sich eine schnell rotierende Scheibe aus heißem Gas, das enorme Energiemengen freisetzt, bevor es in das Schwarze Loch stürzt. Solche AGN gehören zu den energiereichsten Phänomenen, die im Weltraum beobachtet werden. Dadurch beeinflussen sie auch Prozesse in ihren Wirtsgalaxien. Die Details sind Gegenstand laufender Forschung.
Ein Team um den ehemaligen MPIA-Studenten Jacob Isbell, der jetzt Postdoc am Steward Observatory der University of Arizona ist, richtete das Large Binocular Telescope (LBT) auf die Galaxie NGC 1086, auch bekannt als Messier 77, um die winzigen Details in ihrem Zentrum bei thermischen Infrarotwellenlängen zu untersuchen. Diese Galaxie ist eine der nächstgelegenen mit einem AGN. Die Beobachtungen hatten die passende räumliche Auflösung, um sich auf die Komponenten zu konzentrieren, die diese Art von Strahlung aussenden. Die Ergebnisse wurden nun in Nature Astronomy veröffentlicht.
Aufschlüsselung der AGN-Komponenten
Die helle, heiße Scheibe, die das supermassereiche Schwarze Loch umgibt, gibt viel Licht ab, das den Staub auseinandertreibt, als wären die einzelnen Körner winzige Segel – ein Phänomen, das als Strahlungsdruck bekannt ist. Die Bilder zeigen den glühenden Staub, einen warmen, ausströmenden Wind, der durch diesen Effekt verursacht und durch die heiße zentrale Scheibe erhitzt wird.
Gleichzeitig befinden sich weiter außen größere Mengen von Material, das viel heller ist, als es bei alleiniger Beleuchtung durch die helle Akkretionsscheibe hätte sein dürfen. Durch den Vergleich der neuen Bilder mit früheren Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen brachten die Forscher diese Entdeckung mit einem gebündelten Strom heißen Gases in Verbindung, der vom Zentrum der Scheibe ausgeht. Während er durch die Galaxie schießt, trifft er auf Wolken aus molekularem Gas und Staub und erhitzt diese, was zu dem unerwartet hellen Infrarotsignal führt. Solche sogenannten Jets sind bei Radiowellenlängen besonders hell, wenn sie auf Gas und Partikel in der Umgebung der supermassereichen Schwarzen Löcher treffen.
Insgesamt bestätigt das Ergebnis das vereinheitlichte Standardmodell von aktiven galaktischen Kernen. Es geht von der Konfiguration eines supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum einer Galaxie aus, das Gas und Staub aus der umgebenden Wirtsgalaxie anzieht und sammelt, welches sich in einer inneren hellen und heißen Scheibe ansammelt. Zusätzlich erschwert eine äußere, größere Struktur aus kühlerem, ausströmendem Material die Sicht. Schließlich wird ein intensiver „Gasjet“ aus dem Zentrum ausgestoßen. Je nach Betrachtungswinkel sind dem Beobachter unterschiedliche Komponenten zugewandt. Obwohl die beobachteten Merkmale zwischen den Objekten erheblich variieren, geht das vereinheitlichte Modell davon aus, dass diese Unterschiede auf ähnliche Konfigurationen von Strukturen um das supermassereiche Schwarze Loch zurückzuführen sind, die das AGN-Phänomen befeuern.
LBT – ein Vorläufer zukünftiger segmentierter Spiegelteleskope
Das LBT befindet sich auf dem Mount Graham nordöstlich von Tucson, USA, und betreibt seine beiden 8,4-Meter-Spiegel unabhängig voneinander, sodass es im Wesentlichen wie zwei separate, nebeneinander montierte und parallel ausgerichtete Teleskope funktioniert. Das MPIA ist über die LBT-Beteiligungsgesellschaft, die 25 % der gesamten Betriebsmittel bereitstellt, Mitglied der LBT Corporation.
Durch die Kombination des Lichts beider Spiegel wird das LBT zu einem bildgebenden Interferometer (LBTI), das Beobachtungen mit einer etwa dreimal besseren Detailschärfe ermöglicht, als dies mit jedem Spiegel allein möglich wäre. Um diese hochauflösende Abbildungsmaschine zu stabilisieren, setzt das LBTI regelmäßig das Vibrationskontrollsystem OVMS+ ein, das unter der Leitung von Jörg-Uwe Pott vom MPIA entwickelt wurde, um diese anspruchsvollen Beobachtungen entfernter Galaxien zu ermöglichen. Diese Bildgebungstechnik wurde bereits erfolgreich zur Untersuchung von Vulkanen auf der Oberfläche des Jupitermondes Io eingesetzt. Die Ergebnisse ermutigten die Forscher, das Interferometer nun zur Untersuchung eines aktiven galaktischen Kerns einzusetzen.
„Der aktive galaktische Kern in der Galaxie NGC 1068 ist besonders hell, sodass er die perfekte Gelegenheit bot, diese Methode zu testen“, sagte Isbell. Es handelt sich um die bisher höchstauflösenden Direktaufnahmen eines aktiven galaktischen Kerns.“ Direktaufnahmen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sie die gesamte schwache und diffuse Strahlung der beobachteten Strukturen abbilden. Im Gegensatz dazu werden Bilder von anderen Interferometern, wie dem Very Large Telescope Interferometer (VLTI), aus Berechnungen rekonstruiert, bei denen die fehlenden Bildinformationen interpoliert werden.
Durch die Kombination beider Spiegel entstehen Bilder direkt auf dem Detektor, ähnlich wie bei Teleskopen mit segmentierten Spiegeln, wie dem James Webb Space Telescope (JWST), dem zukünftigen 25 Meter Giant Magellan Telescope (GMT) und dem entstehenden 39 Meter Extremely Large Telescope (ELT), die beide in Chile gebaut werden. Auf diese Weise haben Isbell und seine Mitarbeiter die ersten ELT-ähnlichen Bilder eines aktiven galaktischen Kerns aufgenommen. Dadurch konnten sie einzelne Merkmale von bis zu 20 Lichtjahren in einer Entfernung von 47 Millionen Lichtjahren sichtbar machen. Zuvor erschienen die verschiedenen Vorgänge aufgrund der geringen Auflösung miteinander verschmolzen. Jetzt ist es möglich, ihre individuellen Einflüsse zu beobachten.
Ein Test für zukünftige Beobachtungen
Die Studie zeigt, dass die Umgebung von AGN komplex sein kann. Die neuen Erkenntnisse helfen uns, die komplizierten Wechselwirkungen zwischen AGN und ihren Wirtsgalaxien zu verstehen. Bei der Untersuchung entfernter Galaxien im frühen Universum, als die Galaxien noch jung waren, können wir nicht den gleichen Detailgrad erzielen. Daher stellen diese Ergebnisse ein lokales Gegenstück zu den Vorgängen in fernen Galaxien dar.
„Diese Art der Bildgebung kann bei jedem astronomischen Objekt eingesetzt werden“, so Isbell. “Wir haben bereits damit begonnen, Scheiben um Sterne und sehr große, entwickelte Sterne zu untersuchen, die von staubigen Hüllen umgeben sind.“
Hintergrundinformationen
Das MPIA-Team, das an dieser Studie beteiligt war, bestand aus Jacob W. Isbell (jetzt Steward Observatory, The University of Arizona, Tucson, USA) und Jörg-Uwe Pott.
Weitere Forscher waren Steve Ertel (Steward Observatory und Large Binocular Telescope Observatory, The University of Arizona, Tucson, USA), Gerd Weigelt (Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn, Deutschland) und Marko Stalevski (Astronomical Observatory, Belgrad, Serbien und Sterrenkundig Observatorium, Universiteit Gent, Belgien).
Diese Pressemitteilung basiert auf der von der University of Arizona veröffentlichten Version.
Medienkontakt
Dr. Markus Nielbock
Referent für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel.: +49 6221 528-134
E-Mail: pr@mpia.de
https://www.mpia.de/outreach/team
Dr. Jacob W. Isbell
Steward Observatory
The University of Arizona, Tucson, USA
E-Mail: jwisbell@arizona.edu
https://astro.arizona.edu/person/jacob-isbell
Dr. Jörg-Uwe Pott
Max-Planck-Institut für Astronomie
Heidelberg, Deutschland
Tel.: +49 6221 528-202
E-Mail: jpott@mpia.de
https://www2.mpia-hd.mpg.de/homes/jpott/
Jacob W. Isbell et al., “Direct imaging of active galactic nucleus outflows and their origin with the 23 m Large Binocular Telescope”, Nature Astronomy (2025)
https://www.nature.com/articles/s41550-024-02461-y
DOI: 10.1038/s41550-024-02461-y
https://www.mpia.de/aktuelles/wissenschaft/2025-01-lbti-isbell - Originalpressemitteilung des MPIA
https://www.nature.com/natastron/editorial-policies/press-and-embargo-policies - Sperrfristregeln der Zeitschrift Nature Astronomy
Ein optisches Bild der Spiralgalaxie NGC 1086 (Messier 77), überlagert mit einem eingeblendeten Bild ...
ESO / J. Isbell (UofA, MPIA) / MPIA
Blick aus dem Dom des Large Binocular Telescope (LBT) durch die geöffneten Kuppeltore.
Marc-André Besel, Wiphu Rujopak
Criteria of this press release:
Journalists
Physics / astronomy
transregional, national
Research results, Scientific Publications
German
Ein optisches Bild der Spiralgalaxie NGC 1086 (Messier 77), überlagert mit einem eingeblendeten Bild ...
ESO / J. Isbell (UofA, MPIA) / MPIA
Blick aus dem Dom des Large Binocular Telescope (LBT) durch die geöffneten Kuppeltore.
Marc-André Besel, Wiphu Rujopak
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