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Schwarze Löcher: Ein Blick in die Gruselkammer

In den Herzen von aktiven Galaxien geht es richtig ab: Aus einer Region, die nur etwa so groß wie unser Sonnensystem ist, wird mehr Energie freigesetzt, als alle Sterne der Galaxie zusammen abstrahlen. Gigantische Schwarze Löcher sollen dahinter stecken. Doch alles, was wir auf der Erde davon sehen können, ist die Wärmestrahlung.
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Für gewöhnlich drücken Wissenschaftler sich eher vorsichtig aus und wählen abschwächende Worte. Wenn sie aber ganz von selbst Begriffe wie "Monster" und "Bestie" gebrauchen, dann wird wohl etwas Außergewöhnliches dahinter stecken. Und tatsächlich verbergen sich in den Zentren aktiver Galaxien äußerst spektakuläre Objekte: gigantische Schwarze Löcher, die das Millionen- oder gar Milliardenfache der Masse unserer Sonne in sich vereinen. Um sie herum wirbelt Staub, der beim Sturz in den Abgrund über den ganzen Bereich des elektromagnetischen Spektrums hell erstrahlt. Von der Gammastrahlung bis hin zu Radiowellen kann die Leuchtkraft dieser relativ kleinen Zentren die gesamte übrige Galaxie buchstäblich vor Neid erblassen lassen.

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NGC 1068 | NGC 1068 aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop: Das Sternenlicht erscheint bläulich, ionisierter Sauerstoff gelb und ionisierter Wasserstoff rot.
Wo so viel los ist, würden Astronomen nur zu gerne ein Auge drauf werfen. Zu ihrem Verdruss stehen sie dabei jedoch vor zwei bedeutenden Problemen: Zum einen nimmt ihnen der Staub um die aktiven Zentren die Sicht. Lediglich die schwierig zu messende Infrarotstrahlung kann passieren. Zum anderen sind die Objekte trotz ihrer Helligkeit von der Erde aus gesehen überaus winzig. Es wäre schon eine räumliche Auflösung nötig, die zehnmal besser ist als jene des Hubble-Weltraumteleskops, um erste Strukturen zu erkennen. Kaum anzunehmen, dass Wissenschaftler in absehbarer Zeit Bilder von den Kernen vorzuweisen haben.

Doch in der Forschung findet sich immer jemand, den Schwierigkeiten nicht davon abhalten können, seiner Neugier zu folgen. In diesem Fall fanden sich einige unverzagte Astronomen um den Niederländer Walter Jaffe vom Leiden Observatorium zusammen, die ihr Glück an den Riesenfernrohren der Europäischen Südsternwarte (ESO) versuchen wollten. Diese Anlage auf einem Berggipfel in Chile verfügt nicht nur über mehrere Teleskope mit Spiegeldurchmessern von 8,2 Metern, sie bietet auch noch die Gelegenheit, deren Bilder zu kombinieren. Dazu werden die elektromagnetischen Wellen des Objektes miteinander überlagert, wodurch schwache Informationen aus dem stärkeren Hintergrund hervorgehoben werden können. Diese Interferometrie genannte Methode ist äußerst schwierig zu handhaben und wurde für Infrarotlicht bislang nur für vergleichsweise helle Sterne innerhalb unserer Milchstraße eingesetzt.

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Blick durch die Wolke | Diese Aufnahme von NGC 1068 entstand mit dem Very Large Telescope der ESO und dem MIDI-Instrument, mit dem sich das infrarote Licht mehrerer Teleskope kombinieren lässt. Bei einer Wellenlänge von 8,7 Mikrometer kann das Licht die Staubwolken um den aktiven Kern der Galaxie durchdringen und offenbart dort detailgetreu bisher nicht sichtbare Strukturen.
Jaffes Team blickte aber weiter in die Ferne. Ihr Ziel war die benachbarte Galaxie NGC 1068, auch als Messier 77 verzeichnet, im Sternbild Wal (Cetus). Mit einer Entfernung von rund 50 Millionen Lichtjahren ist sie immer noch eine der nächsten aktiven Galaxien. Zweimal richteten die Astronomen die ESO-Teleskope darauf aus und erreichten schließlich die notwendige Auflösung – sie konnten in NGC 1068 Strukturen sehen, die nur 3 Lichtjahre maßen. Das ist immerhin weniger als die Distanz zwischen der Sonne und ihrem nächsten Nachbarstern, die etwa 4,3 Lichtjahre misst. Damit sahen die Forscher im besten Sinne Dinge, die nie zuvor ein Mensch gesehen hat.

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Zentrale Region | Blick in das Zentrum von NGC 1068: Hier gibt es eine heiße Region von mindestens 500 Grad Celsius (gelb), die gerade eben noch mit interferometrischen Methoden am Very Large Telescope aufgelöst werden konnte. Die Region ist umgeben von größeren aber etwas kühleren Komponente von etwa 50 Grad Celsius (rot), die gut aufgelöst werden konnte.
Vor allem Staub. Die Staubwolke um den Galaxienkern ist offenbar wie zwei große Rettungsringe torusförmig angeordnet. Die Teilchen im inneren Ring liegen allenfalls drei Lichtjahre vom Zentrum entfernt und werden von der Strahlung auf 500 Grad Celsius aufgeheizt. Im äußeren Ring, der ungefähr elf Lichtjahre Durchmesser hat und sieben Lichtjahre dick ist, liegt die Temperatur dagegen bei moderaten 50 Grad. Den Spektren zufolge handelt es sich wahrscheinlich vor allem um Körnchen von Kalziumaluminiumsilikat.

Die Beobachtung stellt Astrophysiker vor ein Rätsel, dem sie bisher gerne ausgewichen sind. Schon öfter hat man vermutet, der Staub würde torusförmig verteilt sein. Allerdings könnte er sich nicht in dieser Form halten, wenn die Teilchen nur durch Wärmebewegung wandern würden. Mit seiner Gravitationskraft hätte das Schwarze Loch sie dann schnell platt wie eine CD gedrückt. Woher kommt also die notwendige Bewegungsenergie? Darauf geben die neuen Bilder keine Antwort. Aber sie haben die Tür aufgestoßen in räumlich höchstaufgelöste Temperaturmessungen, die vermutlich noch so manches alte Geheimnis lüften und neue ans Tageslicht ziehen werden.
07.05.2004

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 07.05.2004

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