Selbst die supermassivsten der supermassiven Schwarzen Löcher sind nicht sehr groß, was es extrem schwierig macht, ihre Größe zu messen. Astronomen haben jedoch vor kurzem eine neue Technik entwickelt, die die Masse eines Schwarzen Lochs basierend auf der Bewegung von heißem Gas um sie herum abschätzen kann – selbst wenn das Schwarze Loch selbst kleiner als ein einzelnes Pixel ist.
Supermassereiche Schwarze Löcher sind von tonnenweise überhitztem Plasma umgeben. Dieses Plasma wirbelt um das hintere Loch herum und bildet einen Torus und eine Akkretionsscheibe, die kontinuierlich Material in das Schwarze Loch einspeist. Aufgrund der extremen Schwerkraft bewegt sich dieses Gas unglaublich schnell und glänzt heftig. Es ist dieses Licht, das wir als a identifizieren Quasar , die aus dem ganzen Universum zu sehen ist.
Während die Quasare relativ leicht zu erkennen sind, ist es viel schwieriger, die Eigenschaften des zentralen Schwarzen Lochs zu quantifizieren. Jetzt Felix Bosco, in enger Zusammenarbeit mit Jörg-Uwe Pott, beide vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, und den ehemaligen MPIA-Forschern Jonathan Stern (jetzt Universität Tel Aviv, Israel) und Joseph Hennawi (jetzt UC Santa Barbara; USA und Leiden University, Niederlande), ist es erstmals gelungen, die Möglichkeit der direkten Bestimmung der Masse eines Quasars mit Hilfe von eine Technik namens Spektroastrometrie .
Die Spektroastrometrie beruht auf der Beobachtung der Umgebung des Schwarzen Lochs. Als das Gas wirbelt darum herum , einiges davon wird sich in unsere Richtung bewegen und einiges, wenn es sich wegbewegt. Der Teil des Gases, der sich auf uns zubewegt, wird blauverschoben und der Teil, der sich weg bewegt, wird stärker rot verschoben. Auch wenn das zentrale Schwarze Loch und die Akkretionsscheibe zu klein sind, um sie aufzulösen, kann die Technik dennoch auf weiter entfernte Regionen angewendet werden, und durch Modellierung können die Forscher eine Masse abschätzen.
„Durch die Trennung von spektralen und räumlichen Informationen im gesammelten Licht sowie durch statistische Modellierung der Messdaten können wir Abstände von weit weniger als einem Bildpixel vom Zentrum der Akkretionsscheibe ableiten“, erklärt Bosco.
Das Team wandte diese Technik erfolgreich auf J2123-0050 an, einen Quasar, der aktiv war, als das Universum erst 2,9 Milliarden Jahre alt war. Sie fanden heraus, dass das zentrale Schwarze Loch 1,8 Milliarden Sonnenmassen wog. Um diese Technik auf die nächste Stufe zu heben und die frühesten Quasare anzuvisieren, sind jedoch einige neue Teleskope erforderlich.
Joe Hennawi fügt hinzu: „Mit der deutlich erhöhten Empfindlichkeit des James Webb Space Telescope (JWST) und des Extremely Large Telescope (ELT, mit einem Hauptspiegeldurchmesser von 39 Metern), die sich derzeit im Bau befinden, werden wir bald in der Lage sein, Quasarmassen bei die höchsten Rotverschiebungen.“ Jörg-Uwe Pott, der auch die Heidelberger Beiträge zur ersten Nahinfrarotkamera des ELT, MICADO, leitet, ergänzt: „Die jetzt veröffentlichte Machbarkeitsstudie hilft uns, unsere geplanten ELT-Forschungsprogramme zu definieren und vorzubereiten.“
