Astronomen haben nur die nächstgelegenen supermassiven Schwarzen Löcher "gewogen". Jetzt wiegen sie mit einer Gravitationslinse und einem Einsteinring zwölf Milliarden Lichtjahre entfernt.
Hochauflösende Beobachtung des Gravitationslinsensystems SDP.81 und seines Einsteinrings. Bild über ALMA (NRAO / ESO / NAOJ); B. Saxton NRAO / AUI / NSF
EIN Gravitationslinse passiert, wenn Astronomen auf der Erde auf eine riesige Galaxie oder einen Galaxienhaufen blicken, der so massiv ist, dass seine Schwerkraft jedes Licht verzerrt, das in der Nähe vorbeizieht. Das massive Objekt wirkt wie eine Linse im Raum, die das Licht ausbreitet und oft mehrere Bilder eines weiter entfernten Objekts erzeugt, das zufällig dahinter scheint. Oder wenn das entfernte Hintergrundobjekt und die dazwischenliegende massive Galaxie perfekt ausgerichtet sind, kann die Gravitationslinse das Licht ausbreiten, um ein Bild eines Rings im Raum zu erzeugen.
Ein auf diese Weise erzeugtes ringförmiges Bild ist bekannt als Einstein Ring. Der Ring selbst ist keine reale physikalische Struktur im Raum, sondern nur ein Spiel von Licht und Schwerkraft, ein Ergebnis des Gravitationslinseneffekts. Und doch haben diese Einsteinringe den Astronomen, die sie studieren, einige der Geheimnisse des Kosmos enthüllt.
Astronomen in Asien gaben diese Woche (30. September 2015) bekannt, dass sie die klarsten Bilder einer Gravitationslinse mit dem Namen SDP.81 erhalten haben. Sie haben den von diesem System erzeugten Einsteinring sorgfältig untersucht, um zu berechnen, dass ein supermassereiches Schwarzes Loch in der Nähe des Zentrums von SDP.81 - der Linsengalaxie - über das 300-Millionen-fache der Masse unserer Sonne enthalten kann.
Mit anderen Worten, die Gravitationslinse und der daraus resultierende Einsteinring lassen sie ein Schwarzes Loch wiegen. Das Astrophysical Journal veröffentlichte ihre Ergebnisse am 28. September.
Die Astronomen stellten fest, dass die Vordergrundgalaxie im SDP.81-System, deren Masse die Hintergrundquelle in den Einsteinring lenkt, ein supermassives Schwarzes Loch mit mehr als 300 Millionen Sonnenmassen enthält. Bild über ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / Kenneth Wong (ASIAA).
Das Team sagte auch, dass es in diesem Einstein-Ringsystem nur zwei Galaxien gibt. Die massive Vordergrundgalaxie - das Objekt, das die Linsenwirkung ausübt - ist 4 Milliarden Lichtjahre entfernt. Und die Hintergrundgalaxie ist 12 Milliarden Lichtjahre entfernt. Die Schwerkraft der massiven Vordergrundgalaxie wirkt auf das Licht der Hintergrundgalaxie, um die Ringstruktur zu erzeugen.
Die Hintergrundgalaxie enthält eine große Menge Staub, der durch heftige Sternentstehung erhitzt wurde und im Submillimeterlicht hell leuchtet.
Diese Astronomen verwendeten ein für diese Lichtform empfindliches Teleskop - das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) in Chile -, um die Bilder aufzunehmen.
Das linke Feld zeigt die mit Hubble beobachtete Galaxie mit Vordergrundlinsen und das Gravitationslinsensystem SDP.81, das einen nahezu perfekten Einstein-Ring bildet, aber kaum sichtbar ist. Das mittlere Bild zeigt das scharfe ALMA-Bild des Einsteinrings. Die Vordergrundlinsengalaxie ist für ALMA nicht sichtbar, da sie kein starkes Licht mit Submillimeterwellenlänge emittiert. Das resultierende rekonstruierte Bild der fernen Galaxie (rechts) unter Verwendung hochentwickelter Modelle der Gravitationslinse zeigt feine Strukturen innerhalb des Rings, die noch nie zuvor gesehen wurden: mehrere riesige Staubwolken und kaltes molekulares Gas, die Geburtsorte von Sternen und Planeten . Bild über ALMA (NRAO / ESO / NAOJ) / Y. Tamura (Universität Tokio) / Mark Swinbank (Durham University).
Drei Astronomen am Institut für Astronomie und Astrophysik (ASIAA) mit Sitz auf dem Campus der National Taiwan University führten diese Forschungsstudie durch. Sie sind Postdoc-Stipendiat Kenneth Wong, Wissenschaftsassistent Sherry Suyu und Associate Research Fellow Satoki Matsushita.
Sie "wogen" die massive Galaxie mit Vordergrundlinsen selbst und stellten fest, dass sie über das 350-Milliarden-fache der Masse unserer Sonne enthält. Ihre Aussage erklärte:
Wong analysierte zusammen mit Suyu und Matsushita die zentralen Regionen von SDP.81 und stellte fest, dass das vorhergesagte zentrale Bild der Hintergrundgalaxie äußerst schwach ist. Die Linsentheorie sagt voraus, dass das Zentralbild eines Linsensystems sehr empfindlich auf die Masse eines supermassiven Schwarzen Lochs in der Linsengalaxie reagiert: Je massiver das Schwarze Loch, desto schwächer das Zentralbild.
Daraus errechneten sie, dass das supermassereiche Schwarze Loch, das sich sehr nahe am Zentrum des SDP.81 befindet, über 300 Millionen Sonnenmassen enthalten könnte.
Der Erstautor des Artikels, Dr. Kenneth Wong, erklärte, dass fast alle massereichen Galaxien supermassereiche Schwarze Löcher in ihren Zentren haben:
„Sie können millionenfach oder sogar milliardenfach massereicher sein als die Sonne. Wir können die Masse jedoch nur für sehr nahe gelegene Galaxien direkt berechnen. Mit ALMA haben wir jetzt die Empfindlichkeit, nach dem zentralen Bild der Linse zu suchen, wodurch wir die Masse von viel weiter entfernten Schwarzen Löchern bestimmen können.
Diese Astronomen sagten, dass das Messen der Massen entfernterer Schwarzer Löcher der Schlüssel zum Verständnis ihrer Beziehung zu ihren Wirtsgalaxien und ihres Wachstums im Laufe der Zeit ist.
Größer anzeigen. | Ignorieren Sie die Abstände in diesem Diagramm (sie stammen aus einer anderen Quelle) und beachten Sie nur, wie eine Gravitationslinse funktioniert. Bild über Herschel ATLAS Gravitationslinsen.
Fazit: Astronomen können nur die nächstgelegenen supermassiven Schwarzen Löcher in Galaxienzentren direkt „wiegen“. Mit einer Gravitationslinse und einem Einsteinring wogen sie nun ein Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie, das 12 Milliarden Lichtjahre entfernt liegt.