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Erste optische Aufnahme einer Akkretionsscheibe



Die Leuchtkraft von aktiven Galaxien und Quasaren ist so gewaltig, daß nach allgemeiner Überzeugung nur ein riesiges Schwarzes Loch in ihrem Zentrum die erforderliche Energie liefern kann ( Spektrum der Wissenschaft, Januar l991, Seite 98, und August 1991, Seite 94). Eine solche Masseansammlung extrem hoher Dichte, aus deren unmittelbarem Anziehungsbereich nicht einmal Licht entkommt, würde wie ein kosmischer Mahlstrom alle Materie in ihrem Umkreis aufsaugen. Nach theoretischen Berechnungen sollten sich die in ihren Sog geratenen Teilchen in einer sogenannten Akkretionsscheibe mit einem Durchmesser von 100 Millionen bis 500 Milliarden Kilometern sammeln, während sie sich in Spiralbahnen allmählich auf das Loch zu bewegen und sich dabei immer mehr verdichten und auf Temperaturen bis zu einer Million Grad Celsius aufheizen.

Das Auflösungsvermögen selbst der besten irdischen Teleskope reichte bisher aber nicht aus, die vermuteten Akkretionsscheiben sichtbar zu machen. Den einzigen indirekten Hinweis lieferten Beobachtungen von molekularen Absorptionsbanden (hauptsächlich von Kohlenmonoxid) im Submillimeter-Radiobereich durch Frank P. Israel von der Sternwarte in Leiden (Niederlande). Danach befindet sich im Zentrum der Radiogalaxie Centaurus A ein rotierender Gas- und Staubwirbel, dessen Temperatur von außen nach innen zunimmt. Mit einem Durchmesser von fast 3000 Lichtjahren (1 Lichtjahr entspricht 9460 Milliarden Kilometern) ist er allerdings 10000 bis 300 Millionen mal größer als für eine Akkretionsscheibe erwartet.

Nun hat eine niederländischamerikanische Forschergruppe mit der Weitwinkel- und Planetenkamera des Hubble-Weltraum-Teleskops in der knapp 50 Millionen Lichtjahre entfernten aktiven Galaxie NGC4261 erstmals auch im optischen Spektralbereich eine Struktur ausgemacht, bei der es sich um eine Akkretionsscheibe handeln könnte ("Nature", Band 364, Seite 213). Die visuelle Helligkeit dieser Galaxie nimmt vom Rand zum Zentrum hin zunächst zu, weil sich die leuchtenden Sterne im Inneren konzentrieren. Dann aber fällt sie jäh ab – offenbar hält eine scharf begrenzte Ansammlung von interstellarem Staub das Sternenlicht zurück. In der Mitte dieser elliptischen Zone befindet sich wiederum ein heller Fleck.

Die Wissenschaftler interpretieren die dunkle Zone als den kühlen äußeren Bereich einer kreisförmigen Akkretionsscheibe, die um 16 Grad gegen die Sichtlinie gekippt ist, und den hellen Fleck als deren heiße innere Region. Allerdings ist der Gesamtdurchmesser dieser Scheibe mit etwa 200 Lichtjahren ebenfalls 5000 bis 20 Millionen mal größer als theoretisch erwartet. Entsprechend beträgt die Rotationsperiode etwa eine Million Jahre statt einer halben Stunde bis zu einigen Jahren. Die Temperatur des dunklen Bereichs liegt zwischen -240 und 10000 Grad Celsius.

Für die Interpretation als Akkretionsscheibe spricht dennoch, daß die Orientierung der Struktur bis auf ein Grad genau mit derjenigen der gleichfalls flachen, scheibenförmigen Galaxie übereinstimmt. Vor allem aber steht sie senkrecht auf zwei gigantischen Jets, die in entgegengesetzten Richtungen aus der Galaxie herausschießen und intensive Radiostrahlung aussenden.

Solche Jets kennt man von vielen kosmischen Radioquellen (Spektrum der Wissenschaft, Juli 1992, Seite 80). Sie entstehen, wie man glaubt, weil ein Teil der in das Schwarze Loch stürzenden Materie nach einem bisher nicht endgültig geklärten Mechanismus wie durch Düsen in zwei dünnen Strahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit seitlich weggeschleudert wird. Unterstellt man ein Verhältnis von Staub zu Gas wie in unserer Milchstraße, so hat die scheibenförmige Struktur eine Gesamtmasse, die 100000 mal so groß wie die der Sonne ist und gut zur gemessenen Strahlungsenergie der Radiojets paßt. (G. T.)


Aus: Spektrum der Wissenschaft 10 / 1993, Seite 30
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
10 / 1993

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 10 / 1993

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