Wie Staub dem Schwarzen Loch entkommt

Die gigantischen Schwarzen Löcher im Herzen vom Galaxien bekommen nicht alles, was sie ansaugen: Ein Teil des um sie herum kreisenden Staubs entgeht ihrer Anziehungskraft wieder. Denn er wird durch die starke Strahlung der aufgeheizten Materie mit ins All hinausgerissen. Das haben Astronomen entdeckt, als die den bisher genauesten Blick in das Herz eines aktiven Galaxienkerns warfen. Deutlich erkennbar waren dabei Staubströme, die senkrecht zum inneren Gas- und Staubring ins All hinausschossen, wie die Forscher im Fachmagazin „Astronomy & Astrophysics“ berichten.

Im Zentrum der 130 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie mit der Bezeichnung NGC 3783 sitzt ein Schwarzes Loch, das acht bis zehn Millionen Mal so viel Masse enthält wie die Sonne. Das Schwarze Loch ist umgeben von einer heißen Scheibe aus Gas, in der die Teilchen mit hoher Geschwindigkeit kreisen. Die ungeheure Anziehungskraft zieht immer wieder Gas vom inneren Rand der Scheibe Schwarze Loch hinein. Dabei erhitzt sich das Gas und gibt Energie in Form von Strahlung ab. Umgeben wird dieser innere Bereich von einem weiteren Ring aus Gas und Staub, der quasi für Nachschub sorgt. Soweit das gängige Bild von der zentralen Maschine einer aktiven Galaxie.

Das Problem ist aber, dass Gasscheibe und Staubtorus selbst in den größten Teleskopen nur als unaufgelöste Punktquellen erscheinen. Nur mit Interferometrie ist es möglich, diese Strukturen im Detail zu erforschen. Hierbei beobachtet man den Himmelskörper mit zwei oder mehreren Teleskopen gleichzeitig und führt die Daten mit höchster Präzision in einem Messgerät zusammen. Genau dies haben die Astronomen nun genutzt, um mit Hilfe des Very Large Telecope in Chile in das Innere eines aktiven Galaxienkerns zu spähen.

Bisher genauester Blick in Galaxienkern

„Es handelt sich bei unseren Messungen um den größten Satz infraroter Interferometriedaten für eine aktive Galaxie, der bislang veröffentlicht wurde. Das liegt daran, dass wir Datensätze kombinieren konnten, die wir sowohl im nahen als auch im mittleren Infrarot aufgenommen haben“, sagt Koautor Sebastian Hönig von der Universität Kiel.

Und das mit überraschendem Ergebnis: Zusätzlich zum bereits bekannten heißen Staub entdeckten die Forscher auch kühleren Staub mit nur Raumtemperatur. Diese kühleren Staubströme dehnen sich senkrecht zum heißen Staubtorus in polarer Richtung aus. „Wir hatten schon bei zwei oder drei anderen aktiven Galaxien Anzeichen für solche Staubströme gefunden“, sagt Makoto Kishimoto vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. „Aber wir waren überrascht, dass er bei NGC 3783 so dicht ist.“ Abhängig von der Wellenlänge stammen 60 bis 90 Prozent der Strahlung im mittleren Infrarot aus den beiden Staubsäulen und nicht wie bislang angenommen aus dem Torus.

Die vier Hauptteleskope des VLT auf dem Paranal in Chile. © ESO

Strahlung schießt Staub ins All

Wie aber sind die Staubströme zu erklären? Bewegen sie sich doch seltsamerweise vom Schwarzen Loch weg statt darauf zu, wie die restliche Materie. Die Forscher vermuten, dass der Staub von Strahlung wegkatapultiert wird. Aufgeheizt von der zentralen Gasscheibe bläht sich demnach der Innenrand des Staubtorus auf. Dadurch sendet er Strahlung aus. Diese reißt die feinsten Staubpartikel mit und diese schießen senkrecht zur Scheibe ins All. „Mit den bisherigen Beobachtungen können wir diesen Staub bis in etwa zehn Lichtjahren Entfernung vom Schwarzen Loch nachweisen, doch ist es möglich, dass er sich noch weiter ausdehnt“, sagt Kishimoto.

Viele Fragen sind aber noch offen. So ist unklar, ob die beiden polaren Staubkegel innen hohl oder gefüllt sind. Da sich dies im Moment nicht feststellen lässt, ist auch unklar, wie viel Materie in polarer Richtung abströmt. Grundsätzlich werden enorme Energiemengen aus dem Zentralbereich einer aktiven Galaxie über das gesamte elektromagnetische Spektrum hinweg freigesetzt. Sie haben definitiv einen Einfluss auf die Entwicklung dieser Sternsysteme. Auf welche Weise dies geschieht, ist ein Schwerpunkt heutiger kosmologischer Forschung. Deswegen werden die Astronomen NGC 3783 auch zukünftig im Auge behalten.

(Max-Planck-Institut für Radioastronomie, 21.06.2013 – NPO)