Ein aktiver galaktischer Kern ist ein supermassives Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie, das Materie ansammelt. Die Akkretion tritt in der Nähe des heißen Torus um den Kern auf und kann schnelle Jets aus geladenen Teilchen produzieren. Diese Teilchen emittieren helle, veränderliche Strahlung, wenn sie in Richtung Zentrum beschleunigt werden. Quasare sind wohl der bekannteste Typ von aktiven galaktischen Kernen, und ihre Kerne sind relativ wenig durch Staub verborgen.
Quasarkernregionen und -scheiben sind zu weit entfernt und viel zu klein, um mit Teleskopen aufgelöst zu werden. Astronomen, die versuchen das Verhalten von Quasaren, aktiven galaktischen Kernen und Akkretionsscheiben zu verstehen, müssen die Physik aus indirekten Messungen ableiten. Messungen der Stromveränderlichkeit bieten eine solche Möglichkeit.
Der Mikrogravitationslinseneffekt bezieht sich auf die kurzen Lichtblitze, die entstehen, wenn kosmische Himmelskörper als Gravitationslinse agieren und die Lichtintensität von Hintergrundquellen verändern. Weil die Lichtbahn durch die Anwesenheit einer Masse gekrümmt wird, können Himmelskörper wie Gravitationslinsen wirken, um die Bilder von Objekten hinter ihnen zu verzerren. Der Mikrogravitationslinseneffekt stellt eine Möglichkeit dar, um die Größen von Quasaren zu messen.
Gelegentlich findet man Quasarbilder, die dem Mikrogravitationslinseneffekt unterliegen und von einer Vordergrundgalaxie in Mehrfachabbilder verstärkt und verzerrt wurden. Weil sich der Quasar relativ zu unserer Sichtlinie bewegt, verändert sich die Verstärkung und erzeugt im Laufe von Monaten oder Jahren signifikante unkorrelierte Veränderlichkeiten zwischen den Bildern. Wenn die Zeitverzögerungen zwischen den Mehrfachabbildern des Quasars über große Zeiträume hinweg gut genug beobachtet werden, ist es möglich, aus der Veränderlichkeit des Mikrogravitationslinseneffekts die innere Variabilität des Quasars abzuleiten. Bis jetzt wurden nur 14 Größenmessungen dieser Art an Quasaren vorgenommen.
Der Astronom Emilio Falco vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) war Mitglied eines Teams, das diese Variabilitätsmessungen nutzte, um die Größe und Masse der Akkretionsscheibe und des Schwarzen Lochs im Quasar WFI2026-4536 zu schätzen. Dieser Quasar ist so weit entfernt, dass sein Licht fast elf Milliarden Jahre zu uns unterwegs war – das Alter des Universums beträgt 13,7 Milliarden Jahre.
Die Wissenschaftler analysierten die Veränderlichkeit des sichtbaren Lichts im Zeitraum von 13 Jahren, von 2004 bis 2017. Sie entwickelten Gravitationslinsenmodelle, die die Größe der Akkretionsscheibe des Quasars auf Werte zwischen 60 und 300 Astronomische Einheiten begrenzen konnten. Die Masse des supermassiven Schwarzen Lochs schätzen sie auf 0,5-1 Milliarde Sonnenmassen.
Die Masse stimmt grob mit anderen Erwartungen und mit dem Massenbereich der 14 anderen auf diese Weise gemessenen Quasare überein, aber sie ist etwa doppelt so groß, wie aufgrund von Helligkeitsmessungen erwartet wurde. Die Forscher berichten auch über die ersten Massenbestimmungen des zentralen Schwarzen Lochs mittels spektroskopischer Daten, deren Ergebnisse mit der Variabilitätsmethode konsistent sind. Die beeindruckenden Ergebnisse verbessern unser Wissen über diese fernen Giganten und verfeinern die Modelle über aktive galaktische Kerne.
Abhandlung: “A Microlensing Accretion Disk Size Measurement in the Lensed Quasar WFI 2026–4536” von Matthew A. Cornachione, Christopher W. Morgan, Martin Millon, Misty C. Bentz, Frederic Courbin, Vivien Bonvin und Emilio E. Falco, The Astrophysical Journal, 895, 125, 2020.
(THK)
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