Aktive Galaxienkerne: Masse von Schwarzen Löchern überschätzt

Aktive Galaxien beherbergen Schwarze Löcher mit millionen- bis milliardenfacher Sonnenmasse. Um sie herum kreist heißes Gas, das sich allmählich dem Zentrum nähert und dabei extrem hell leuchtet. Wolfram Kollatschny und Matthias Zetzl von der Universität Göttingen zeigen nun, dass die Masse dieser supermassereichen Schwarzen Löcher bisher wohl oft überschätzt wurde.

Die beiden Astronomen untersuchten breite optische und ultraviolette Emissionslinien in Spektren von 37 Aktiven Galaxienkernen (AGNs). Die Breite der Linien wird stark von der Geschwindigkeit beeinflusst, mit der das Licht aussendende Gas um das Schwarze Loch wirbelt. Kollatschny und Zetzl stellten nun eine Beziehung zwischen der beobachteten Linienbreite und der Form der Linien fest. Aus dieser Relation leiteten sie dann ab, dass das Gas in der Zentralregion vornehmlich auf Kreisbahnen um das Schwarze Loch rotiert, verbunden mit turbulenten, also ungeordneten Bewegungen.

Akkretionsscheibe um Schwarzes Loch | Auf dieser Illustration sind drei Materieklumpen zu erkennen, die das Schwarze Loch im Zentrum mit einer Geschwindigkeit von rund einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit umrunden. Der "Rand" des abgebildeten Schwarzen Lochs ist fast so groß wie Merkurs Umlaufbahn; die drei Materieklumpen – jeweils so groß wie unsere Sonne – würden sich übertragen auf unser Sonnensystem ungefähr auf Jupiters Bahn bewegen.

Anhand der nun ermittelten Rotationsgeschwindigkeiten schließen Kollatschny und Zetzl, dass die Masse vieler Schwarzer Löcher zwei bis zehn Mal so gering ist wie bisher angenommen. Denn die Masse wurde häufig aus der Breite der Emissionslinien abgeleitet. Da die turbulente Geschwindigkeitskomponente und damit auch die Linienbreite aber mit dem Abstand vom Zentrum variiert, kann dieser Ansatz zu unterschiedlichen Massen führen. Dies ist insbesondere für extrem weit entfernte Objekte ein Problem, da sich hier nun eine einzige Linie eigne, um die Masse zu bestimmen. Gerade in diesem Fall schätzten Astronomen die Massen der Schwarzen Löcher bislang wohl zu hoch ein, so die Wissenschaftler.

Der Durchmesser des Bereichs, aus dem die untersuchten breiten Emissionslinien stammen, beträgt wenige bis mehr als hundert Lichttage. Damit ist dieser Teil der Akkretionsscheibe mit Teleskopen räumlich nicht auflösbar. Deshalb wissen Astronomen erst wenig über die Kinematik sowie über die Struktur der Gas- und Staubscheibe um das zentrale Schwarze Loch. Kollatschny und Zetzl schließen aus ihren Ergebnissen, dass sich die Geometrie der Zentralregion systematisch mit der Rotationsgeschwindigkeit verändert. Relativ flach sei sie für schnell rotierende AGNs mit breiten Emissionslinien, während sie für langsam rotierende AGNs mit schmalen Emissionslinien eher kugelförmig sei.

Maike Pollmann