Die Galaxie NGC 4151, die auch scherzhaft als "Auge des Sauron" bezeichnet wird, spielt bei der Untersuchung von aktiven galaktischen Kernen eine wichtige Rolle. Als eine von zwei Modellgalaxien dient sie zur Kalibrierung von unterschiedlichen Techniken, mit denen sich die Massen der zentralen, extrem massereichen Schwarzen Löcher bestimmen lassen. Allerdings beeinflusst die bisher nicht hinreichend genau bekannte Entfernung von NGC 4151 zum Beobachter die Ergebnisse maßgeblich.

Einem internationalen Forscherteam um Sebastian Hönig von der University Southampton gelang es nun anhand einer neuen Methode, den Abstand der Galaxie mit rund 62 Millionen Lichtjahren zu bestimmen. Ihr Ergebnis ist mit einer Unsicherheit von nur rund zehn Prozent behaftet. Das ist eine erhebliche Verbesserung, denn mit den bisherigen Methoden ließ sich die Entfernung nur auf einen Bereich zwischen 13 und 95 Millionen Lichtjahren eingrenzen.

Galaxie NGC 4151
© NASA
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernEin Blick auf die Galaxie NGC 4151
Mit Hilfe unterschiedlicher Methoden ließ sich die Masse des extrem massereichen Schwarzen Lochs in der aktiven Galaxie NGC 4151 ermitteln. Damit lassen sich die verschiedenen Techniken aufeinander kalibrieren. Die aktuelle Entfernungsbestimmung zu der Galaxie deutet jedoch an, dass die Massen bisher systematisch unterschätzt wurden.

Die Materie, die das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie NGC 4151 umläuft, spielte bei der Arbeit der Astronomen eine entscheidende Rolle. In den inneren Regionen der Akkretionsscheibe strahlt das aufgeheizte Gas seine Energie vorwiegend im ultravioletten und optischen Spektralbereich ab. Weiter außen fallen die Temperaturen dann so weit ab, dass Staub entsteht und einen Ring bildet. Diese Staubkomponente absorbiert die energiereiche Strahlung aus den inneren Bereichen und gibt sie im Infraroten wieder ab. Verzögert durch die Lichtlaufzeit reagiert der Staub somit auf sämtliche Strahlungsschwankungen im Inneren, und der Vergleich von Beobachtungen bei unterschiedlichen Wellenlängen erlaubt Rückschlüsse auf den wahren Radius des Staubrings. Diesen verglichen die Forscher mit seiner Winkelausdehnung am Himmel. Letztere ermittelten sie durch die Verschaltung der beiden Teleskope am Keck-Observatorium auf Hawaii, wodurch sie eine Auflösung erreichten, die derjenigen eines rund 85 Meter großen Instruments entspricht. Die Kombination der echten physikalischen Größe mit dem scheinbaren Durchmesser ermöglichte ihnen dann die Entfernungsbestimmung. Hierbei erreichten die Astronomen eine hohe Präzision, da sich die systematischen Fehler, die für die Ermittlung der einzelnen Größen eine Rolle spielen, bei der Kombination gegeneinander aufheben.

Das Konzept lässt sich auch auf andere aktive galaktische Kerne übertragen und ist somit eine weitere Technik zur Entfernungsbestimmung auf kosmischen Skalen. Darüber hinaus spielt NGC 4151 aber auch eine entscheidende Rolle bei der Massenbestimmung von Schwarzen Löchern. Sie ist eine von zwei Galaxien, für welche die Masse des Schwarzen Lochs im Zentrum anhand von unterschiedlichen Methoden bestimmt werden konnte. So lassen sich die Techniken mit Hilfe dieser Modellobjekte aufeinander kalibrieren. Die zu bestimmenden Massen hängen jedoch von den Entfernungen der Galaxien ab.

Die Forscher stellten nicht nur fest, dass die Masse des zentralen Schwarzen Lochs in NGC 4151 bisher unterschätzt wurde, sondern dass damit zugleich auch andere aktive galaktische Kerne falsch beziffert wurden. Sie gehen davon aus, dass die wahren Massen meist um rund 40 Prozent höher liegen.