Astronomen maßen mit Hilfe der Rotationsgeschwindigkeit der Akkretionsscheibe die Masse eines Schwarzen Lochs, das 660 Millionen Mal so massereich war wie die Sonne.
Wir wissen zwar, dass Schwarze Löcher groß sind, aber wie messen Astronomen ihre Masse? Wir können nicht einfach hineinkommen und sie wiegen. Glücklicherweise haben Astronomen viele clevere Möglichkeiten, die Masse von Objekten im Universum zu messen, und Schwarze Löcher sind keine Ausnahme.
Mit dem größten und leistungsstärksten Observatorium der Erde konnten die Astronomen den zentralen Teil einer elliptischen Galaxie mit dem Namen NGC 1332, der sich etwa 75 Millionen Lichtjahre von uns entfernt befindet, im Detail betrachten, um ein detailliertes Bild der wirbelnden Gase um ein zentrales supermassereiches Schwarzes Loch zu erhalten. Trotz der Tatsache, dass die meisten bekannten Galaxien riesige Schwarze Löcher in ihren Kernen haben, ist das Schwarze Loch im Zentrum von NGC 1332 660 Millionen Mal so massereich wie unsere Sonne.
Das Atakam-Big-Millimeter- / Submillimeter-Gitter (ALMA) in Chile wurde verwendet, um diese hohe Genauigkeit zu erreichen. Es blickte jedoch nicht direkt auf das Schwarze Loch, sondern folgte dem wütenden Schwall galaktischer Gase, die im tiefen Loch des Schwarzen Lochs stecken.
"Um die Masse eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie zu berechnen, müssen wir die Geschwindigkeit eines sich drehenden Objekts messen", sagte Aaron Barth von der University of Irvine in Kalifornien und leitender Autor einer im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie. "Für eine genaue Messung müssen wir das Zentrum der Galaxie im Detail untersuchen, wo die Anziehungskraft eines Schwarzen Lochs die dominierende Kraft ist." "ALMA ist ein fantastisches neues Werkzeug, um diese Beobachtungen zu machen."
Wir alle wissen, dass schwarze Löcher schwarz sind. Ihre Masse hat eine so große Anziehungskraft, dass nichts, nicht einmal Licht, einer Schwerkraftfalle entkommen kann. Da wir sie nicht sehen können, können Astronomen das Vorhandensein von Schwarzen Löchern mit anderen indirekten Mitteln nachweisen. Eine Möglichkeit besteht darin, die von der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs eingeschlossenen Heißgasemissionen zu messen. Ein anderer Weg: zu beobachten, wie sich die Masse eines Schwarzen Lochs in der Raum-Zeit verformt und das Licht darum herum biegt.
Im Fall von NGC 1332 ist es möglich, ein kaltes molekulares Gas zu betrachten, das sich in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs befindet. Wenn Sie den Abstand der Gaswolke vom Schwarzen Loch kennen, können Sie mit Hilfe von ALMA die Masse des Schwarzen Lochs mit großer Genauigkeit messen. Sie ist wirklich ungeheuerlich.
In dieser Galaxie wird Gas zu einer riesigen Scheibe abgeflacht, die sich um ein Schwarzes Loch mit einem Radius von 800 Lichtjahren dreht. Zum Vergleich: Die Entfernung von unserem Sonnensystem zum nächsten Sternensystem Alpha Centauri beträgt etwas mehr als 4 Lichtjahre. Der Radius dieser kolossalen Struktur ist 200-mal größer. Bei sichtbaren Wellenlängen ist diese Scheibe nicht vollständig zu sehen und sieht aus wie eine Silhouette vor dem Hintergrund dicht gepackter Sterne. ALMA scannt jedoch den Raum im Radioband, und da die Kaltgasscheibe Funkemissionen erzeugt, können Astronomen innerhalb der Scheibe zwischen „kleinen“ Strukturen unterscheiden, die nur 15 Lichtjahre lang sind. Diese erstaunliche Messgenauigkeit ermöglichte es, die „Einflusssphäre“ eines Schwarzen Lochs innerhalb von 80 Lichtjahren vom Zentrum zu sehen. Gase in dieser Region drehen sich mit einer Geschwindigkeit von mehr als 300 Meilen pro Sekunde.
Bisherige Messungen der Masse von Schwarzen Löchern basierten auf Beobachtungen von sichtbarem Licht aus ionisiertem Gas in heißen Akkretionsscheiben. Obwohl Observatorien wie das Hubble-Weltraumteleskop die Masse der Schwarzen Löcher berechnen können, sind diese heißen Akkretionsscheiben von Natur aus turbulent. Dies erhöht die Unsicherheit bei sichtbaren Lichtmessungen.
Die Emissionen von kaltem molekularem Gas (in diesem Fall Kohlenmonoxid- oder CO-Emissionen) in ausgedehnten Scheiben sind jedoch viel ruhiger, was den Astronomen eine beispiellose Genauigkeit bei der Messung verleiht.
