Für die meisten Menschen scheint es unrealistisch, die exakte Masse von riesigen Weltraumobjekten zu messen, die sich im Universum bewegen. Nach der Installation der neuesten Antenne des ALMA-Radioteleskops im Norden Chiles, die sowohl mit Millimeter- als auch mit Submillimeterwellenlängen arbeitet, ist diese Aufgabe jedoch durchaus realisierbar. Das Antennenfeld des Riesen ALMA erstreckt sich über 16 Kilometer in der Atacama-Wüste und vereint 66 Antennen. Sie alle arbeiten zusammen, als ein hochpräzises Riesenteleskop. Es ist jedoch alles andere als einfach, die exakte Masse der übergroßen Schwarzen Löcher zu bestimmen, die sich in einer Entfernung von Millionen von Lichtjahren von der Erdoberfläche befinden.
Wo lauern schwarze Löcher?
Astronomen haben vor langer Zeit gezeigt, dass solche kosmischen Körper, die eine gigantische Masse besitzen, in den Kernen der meisten Galaxien verborgen sind. Diese Objekte entstanden als Ergebnis der Entwicklung ihrer Wirtsgalaxien über lange Milliarden von Jahren. Und ihr Studium ist eine vorrangige Aufgabe der modernen Astrophysik. Schwarze Löcher leisten einen großen Beitrag zur Bildung neuer Sterne. Wie alle lebenden Objekte des Universums wachsen und entwickeln sie sich allmählich und haben einen signifikanten Einfluss auf das interstellare Medium. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Masse dieser Whopper zu bestimmen. Zur Auswahl werden bestimmte Kriterien ausgewertet: die Entfernung des Objekts, die Art der Galaxie und andere.
Monster in der Milchstraße
Unsere Milchstraße hat auch ein supermassives Schwarzes Loch im Kern. Sie wurde im Sternbild Schütze als starke Quelle von Radiowellen gesehen. Mit unglaublich genauen Infrarot-Teleskopen konnten Astronomen die Flugbahnen anderer Sterne um diesen Punkt verfolgen und dabei die stärksten Radiowellen ausstrahlen. Als Ergebnis solcher Untersuchungen wurde die Masse dieses Schwarzen Lochs bestimmt, die 4 Millionen Mal der Masse unseres Sterns, der Sonne, entspricht.
Können schwarze Löcher in der Struktur der Kerne ferner Galaxien gemessen werden?
Für moderne Astrophysiker ist es nicht so schwierig, die Masse des der Erde am nächsten gelegenen kosmischen Monsters zu messen. Schließlich befindet es sich ganz in der Nähe unserer irdischen Observatorien - "nur" 25.000 Lichtjahre. Wie wäre es mit der Bestimmung der Größe und Masse von Schwarzen Löchern, die in den Kernen anderer Galaxien versteckt sind? Sie sind so weit von der Erde entfernt, dass die Messung der Rotationsgeschwindigkeit von Sternen in ihren Kernen selbst mit Infrarot-Teleskopen nicht möglich ist. Wissenschaftler versuchen diese Methode: Sie finden strahlende Objekte von Mega-Chasern (Quantengeneratoren, die elektromagnetische Wellen im Zentimeterbereich aussenden) und beobachten, wie sie sich um das Zentrum bewegen - das Schwarze Loch. Megamaser spielen die Rolle eines Leuchtturms, aber leider für Astronomen sind sie nicht in allen Galaxien.
Es wird auch eine andere Methode praktiziert: die Untersuchung der Bewegung ionisierter Gase in galaktischen Kernen. Es gibt einen Algorithmus zur Berechnung der Masse von Schwarzen Löchern auf der Grundlage der Bewegungsgeschwindigkeit solcher Gaswolken. Diese Methode kann nur zur Messung von Objekten in elliptischen Galaxien verwendet werden und ist für die Bestimmung der Masse supermassereicher Schwarzer Löcher, die sich in den Kernen spiralförmiger Galaxien verstecken, völlig ungeeignet. Die Möglichkeit solcher Messungen hat nur das Superriesenfernrohr ALMA.
Was darf ALMA lernen?
Die Spiralgalaxie NGC 1097, die fast 45 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist und sich im Sternbild Pec auf der südlichen Hemisphäre befindet, interessierte sich kürzlich für eine Gruppe von Wissenschaftlern unter der Leitung von Kyoko Onishi. Sie untersuchten die Konfiguration und Geschwindigkeit der Bewegung um den Kern der Moleküle zweier Substanzen: Cyanwasserstoff (HCN), Formylium (HCO +). Mithilfe von Computermodellen, die mit dem ALMA-Teleskop entwickelt wurden, konnten sie feststellen, dass solche Indikatoren für Schwarze Löcher mit einem Gewicht von 140 Millionen Sonnenmassen charakteristisch sind. Es stellt sich heraus, dass das Schwarze Loch der NGK 1097-Galaxie supermassiv ist. Es ist 35-mal größer als wir und befindet sich in der Milchstraße.
Diese Studie wurde zum ersten Mal mit ALMA in einer spiralförmigen Galaxie mit einem Jumper durchgeführt. Mit diesem Modell kann die Astrophysik nun andere massive Weltraumobjekte messen. Diese Studien werden der Menschheit helfen zu verstehen, wie sie sich gegenseitig und andere kosmische Körper beeinflussen.
