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Astropage.eu | Datum: 08.12.2011 - 00:06 | Fehler melden
Tags: Schwarzes Loch, Masse, Gravitation, Galaxie, Verschmelzung
Kategorien: Astronomie Quelle

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Astronomen entdecken die bislang massereichsten Schwarzen Löcher



Künstlerische Illustration von Sternen, die sich in das Zentrum einer elliptischen Galaxie bewegen (Gemini Observatory / AURA artwork by Lynette Cook)
Credit: Künstlerische Illustration von Sternen, die sich in das Zentrum einer elliptischen Galaxie bewegen (Gemini Observatory / AURA artwork by Lynette Cook)

Astronomen der University of California in Berkeley haben die bislang größten Schwarzen Löcher entdeckt - zwei Monster mit Massen, die zehn Milliarden Sonnen entsprechen und innerhalb einer Region von der fünffachen Größe unseres Sonnensystems alles zu verschlingen drohen, sogar Licht.

Diese Schwarzen Löcher befinden sich über 300 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in den Zentren zweier Galaxien und die könnten die dunklen Überreste von sehr hellen Galaxien - Quasare genannt - sein, die das frühe Universum bevölkerten.

"Im frühen Universum gab es viele Quasare oder aktive galaktische Kerne (active galactic nuclei, AGN) und man nimmt an, dass einige von ihnen von Schwarzen Löchern mit zehn Millionen Sonnenmassen oder mehr angetrieben wurden", sagte Chung-Pei Ma, Professorin für Astronomie an der UC Berkeley. "Die Massen dieser beiden neuen supermassiven Schwarzen Löcher entsprechen der Masse von jungen Quasaren und sie könnten die fehlende Verbindung zwischen Quasaren und den supermassiven Schwarzen Löchern sein, die wir heute beobachten."

Schwarze Löcher sind dichte Zusammenballungen aus Materie, die so starke Gravitationsfelder erzeugen, dass sogar Licht nicht entkommen kann. Während explodierende Sterne, Supernovae genannt, ein Schwarzes Loch von der Masse eines einzelnen Sterns wie der Sonne zurücklassen können, sind supermassive Schwarze Löcher vermutlich durch die Verschmelzung anderer Schwarzer Löcher oder durch das Einfangen einer großen Anzahl Sterne und enormer Gasmengen gewachsen.

"Diese Schwarzen Löcher könnten Licht darauf werfen, wie Schwarze Löcher und ihre umgebenden Galaxien sich seit dem frühen Universum gegenseitig gefördert haben", sagte Nicholas McConnell, Student an der UC Berkeley und Erstautor einer Studie über die Entdeckung. Die Studie wird von McConnell, Ma und ihren Kollegen von der University of Toronto, der University of Texas und der University of Michigan, sowie dem National Optical Astronomy Observatory in Arizona in der Ausgabe vom 8. Dezember des britischen Magazins Nature veröffentlicht.

Bislang wurden etwa 63 supermassive Schwarze Löcher in den Kernen naher Galaxien gefunden. Mehr als drei Jahrzehnte lang war das größte von ihnen ein Schwarzes Loch von 6,3 Milliarden Sonnenmassen im Zentrum der nahen Galaxie M87.

Eines der neu entdeckten Schwarzen Löcher besitzt 9,7 Milliarden Sonnenmassen und befindet sich in der elliptischen Galaxie NGC 3842, der hellsten Galaxie im Leo-Galaxienhaufen, rund 320 Millionen Lichtjahre entfernt in Richtung des Sternbildes Leo (Löwe). Das zweite ist genauso groß oder größer und liegt in der elliptischen Galaxie NGC 4889, der hellsten Galaxie im Coma-Galaxienhaufen, etwa 336 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung des Sternbildes Coma Berenices (Haar der Berenike).

McConnell zufolge verfügen diese Schwarze Löcher über einen Ereignishorizont - der Rand, ab dem nicht einmal das Licht entkommen kann -, der 200 Mal so groß ist wie die Erdumlaufbahn oder fünfmal so groß wie die Umlaufbahn des Pluto. Über den Ereignishorizont hinaus besitzt jedes der Schwarzen Löcher einen Gravitationseinfluss, der sich über eine Kugel von 4.000 Lichtjahren Durchmesser erstreckt. (Anm. d. Red.: Der Gravitationseinfluss hört bei dieser Entfernung natürlich nicht abrupt auf, er schwächt sich mit zunehmender Distanz lediglich ab.)

"Zum Vergleich: diese Schwarzen Löcher sind 2.500 Mal so schwer wie das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, dessen Ereignishorizont einem Fünftel der Umlaufbahn von Merkur entspricht", sagte McConnell.


Where Have All the Quasars Gone? from Dunlap Institute on Vimeo.




Die hellste Galaxie in einem Galaxienhaufen

"Die zehn Milliarden Sonnenmassen schweren Schwarzen Löcher blieben bis jetzt versteckt, weil sie in stiller Zurückgezogenheit leben", sagte Ma. Während ihrer Tage als aktiver Quasar vor circa zehn Milliarden Jahren, säuberten sie die Nachbarschaft durch das Einsaugen großer Mengen von Gas und Staub. Das fortbestehende Gas wurde zu Sternen, die seitdem friedlich drum herum kreisen. Ma zufolge siedelten diese Schwarzen Löcher und ihre jeweiligen Galaxien, die wahrscheinlich eine Billion Sterne enthalten, in der Dunkelheit in den Zentren von Galaxienhaufen.

Ma, eine theoretische Astrophysikerin, entschied als Ergebnis ihrer Computersimulationen von Galaxienverschmelzungen, in relativ nahe gelegenen Clustern aus elliptischen Galaxien nach diesen riesigen Schwarzen Löchern zu suchen.

Astronomen glauben, dass viele - wenn nicht alle - Galaxien ein massives Schwarzes Loch im Zentrum besitzen, wobei die größeren Galaxien größere Schwarze Löcher beherbergen. Die größten Schwarzen Löcher werden in elliptischen Galaxien gefunden, von denen man annimmt, dass sie aus der Verschmelzung zweier Spiralgalaxien hervorgehen. Ma fand allerdings heraus, dass die Verschmelzung von elliptischen Galaxien selbst die größten elliptischen Galaxien und supermassive Schwarze Löcher mit annähernd zehn Milliarden Sonnenmassen erzeugen kann. Diese Schwarzen Löcher können sogar noch weiter wachsen, indem sie sich Gas einverleiben, das bei einer Verschmelzung übrig blieb.

"Mehrfache Verschmelzungen sind eine Möglichkeit, diese Giganten aufzubauen", sagte Ma.


NGC 3842 ist die hellste Galaxie in einem großen Galaxienhaufen. Das Schwarze Loch in ihrem Zentrum (hier als Illustration abgebildet) lässt unser gesamtes Sonnensystem sehr klein aussehen (Pete Marenfeld)

Um nach diesen Monstern zu suchen, arbeitete Ma mit beobachtenden Astronomen zusammen, darunter James Graham, einem Professor für Astronomie an der UC Berkeley und der University of Toronto und Karl Gebhardt, einem Professor für Astronomie an der University of Texas in Austin. Gebhardt hatte die Masse des früheren Rekordhalters in der Galaxie M87 abgeleitet.

Unter Verwendung von Teleskopen am Gemini-Observatorium und am Keck-Observatorium auf Hawaii, sowie am McDonald Observatory in Texas, erstellten McConnell und Ma detaillierte Spektren des diffusen Sternenlichts aus den Zentren verschiedener, massiver elliptischer Galaxien, jede von ihnen die hellste in ihrem Galaxienhaufen. Dann haben sie die Orbitalgeschwindigkeiten von Sternen in zwei Galaxien analysiert und die zentralen Massen im Quasarbereich berechnet. Derart große Massen in einem Volumen von wenigen hundert Lichtjahren Durchmesser führte die Astronomen zu der Schlussfolgerung, dass die Massen Schwarze Löcher sind.

Die Simulation dieser massiven Galaxien erforderte den Gebrauch modernster Supercomputer am Texas Advanced Computing Center.

"Für einen Astronomen ist die Entdeckung dieser unersättlichen Schwarzen Löcher wie die Begegnung mit 2,70 Meter großen Menschen, deren enorme Größe nur aus fossilen Knochen abgeleitet wurde. Wie wurden sie so groß?", sagte Ma. "Dieser seltene Fund wird uns helfen zu verstehen, ob diese Schwarzen Löcher sehr große Eltern hatten oder eine Menge Spinat aßen."

Andere Co-Autoren der Nature-Studie sind die Postdoktorandin Shelley A. Wright von der UC Berkeley und der Student Jeremy D. Murphy von der University of Texas, Tod R. Lauer vom National Optical Astronomy Observatory und Douglas O. Richstone von der University of Michigan.

Diese Forschungsarbeit wurde von der National Science Foundation, der National Aeronautics and Space Administration (NASA) und dem Miller Institute for Basic Research in Science der UC Berkeley unterstützt.

(THK)



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