Die Geometrie von Akkretionsscheiben um Schwarze Löcher in galaktischen Kernen (Originalartikel vom 29.12.2017)

Print Friendly, PDF & Email

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter www.cfa.harvard.edu)

Eine Hubble-Aufnahme der Circinus-Galaxie mit ihrem aktiven galaktischen Kern. Astronomen haben um die supermassereichen Schwarzen Löcher vier entfernter, aktiver galaktischer Kerne mittels der reverberation mapping Technik die Abmessungen der Bereiche, in denen Akkretion stattfindet, bestimmt. NASA, Andrew S. Wilson U. Maryland; Patrick L. Shopbell CIT; Chris Simpson Subaru; Thaisa Storchi-Bergmann and F. K. B. Barbosa, UFRGS, Brazil; Martin J. Ward, U. Leicester

 

Supermassereiche Schwarze Löcher mit Millionen oder Milliarden Sonnenmassen findet man in den Kernen der meisten Galaxien, einschließlich unserer Milchstraße. Ein Torus aus Staub und Gas umkreist das Schwarze Loch (zumindest nach Aussage der meisten Theorien) und strahlt im ultravioletten Licht, wenn Material in Richtung des Schwarzen Lochs fällt und die Scheibe auf Millionen Grad aufheizt. Der Akkretionsprozeß kann auch den Ausstoß von Jets aus sich schnell bewegenden, geladenen Teilchen antreiben. Diese unablässig akkretierenden supermassereichen Schwarzen Löcher in Galaxien werden aktive galaktische Kerne (active galactic nuclei = AGN) genannt.

Astronomen, die die physikalischen Prozesse in einem dieser gigantischen Dynamos nachstellen, beginnen mit den Gasbewegungen und der Geometrie der Region. Die Gasbewegungen können direkt aus den Emissionslinien des Gases gemessen werden; es handelt sich dabei normalerweise um Emissionslinien von Wasserstoff im sichtbaren Licht, der durch die UV-Strahlung angeregt ist. In Bezug auf die räumliche Struktur kommen einfache Berechnungen zu dem Ergebnis, daß der Radius des Linien abstrahlenden Gases bei einigen tausend Astronomischen Einheiten liegen sollte (ein AE ist die durchschnittliche Entfernung der Erde von der Sonne). Die meisten AGN sind zu weit entfernt, um solch kleine Abmessungen bestimmen zu können und so müssen sich Astronomen auf die Technik des „reverberation mapping“ (etwa „Echo-Kartierung“) verlassen. Strahlung aus der Akkretionsscheibe ändert sich sehr schnell. Die UV-Strahlung (eine Strahlung ohne Lücken, ein sogenanntes Kontinuum) benötigt Zeit, um von der Akkretionsscheibe nah am Schwarzen Loch zu dem Linien abstrahlenden Gas außen zu gelangen. Dadurch kommt es zu einer Verzögerung bei einem Ereignis, daß sich im Kontinuum der UV-Strahlung und später in den Emissionslinien des Wasserstoffs (das „Echo“) zeigt.

Ein Astronomenteam, dem auch Anna Pancoast vom CfA angehörte, untersuchte die Daten des reverberation mapping von vier AGN, um deren Geometrie und insbesondere das Volumen von sehr heißem Gas zu bestimmen, das für seine schnellen Bewegungen bekannt ist. Der Ort dieser Bewegungen des heißen Gases bildet die sogenannte Broad Line Region (etwa „Region mit stark verbreiterten Spektrallinien“), da die Spektrallinien Breiten aufweisen, die Gasbewegungen von ungefähr 3.000 km/s entsprechen. Die Forscher haben herausgefunden, daß die Geometrie dieses Gases, zumindest in diesen vier AGN, gut beschrieben wird, wenn man von dichten, nahezu in Aufsicht (Face-on) beobachtbaren Scheiben ausgeht, die mittlere Radien von ungefähr 1.600 AE bis 4.000 AE besitzen und in jedem der vier AGN ein Schwarzes Loch mit rund siebzig Millionen Sonnenmassen liegt (jedes einzelne mit einer geschätzten Genauigkeit von etwa 50%). Die neue Arbeit war beim Erstellen eines Modells für die Beobachtungen erfolgreich und hat die Zahl der AGN-Exemplare nahezu verdoppelt, die mit dieser Technik modelliert wurden. Die Auswahl ist jedoch noch immer klein und weitere Beobachtungen sind geplant.

Literatur:
“The Structure of the Broad-line Region in Active Galactic Nuclei. II. Dynamical Modeling of Data From the AGN10 Reverberation Mapping Campaign”
C. J. Grier, A. Pancoast, A. J. Barth, M. M. Fausnaugh, B. J. Brewer, T. Treu, and B. M. Peterson
The Astrophysical Journal, 849, 146, 2017 November 9

oder

arXiv:1705.02346v2 [astro-ph.GA]

Comments are closed, but trackbacks and pingbacks are open.