Image Archive: Quasars and Black Holes

Diese Illustration zeigt, wie ein rotierendes Schwarzes Loch die Raumzeit um sich herum mitzieht – ein Phänomen, das als Lense-Thirring-Effekt bekannt ist. Gelangt ein Stern nah genug an ein rotierendes Schwarzes Loch, verändert sich seine Umlaufbahn auf eine Weise, die sich über längere Zeiträume hinweg mit ausreichend präzisen Teleskopen und Instrumenten messen lässt.

Diese Bildsequenz, aufgenommen mit dem Instrument GRAVITY am Very Large Telescope Interferometer der ESO (VLTI), zeigt mehrere Sterne auf ihrer Umlaufbahn um Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. Bei einem dieser Sterne, bekannt als S301, wurde kürzlich festgestellt, dass er dem Schwarzen Loch weit näher kommt als jeder andere bekannte Stern.

S301 umkreist Sagittarius A* alle 8,7 Jahre. Bei seiner engsten Annäherung – vergleichbar mit dem Abstand zwischen Sonne und Saturn – bewegt sich der Stern mit mehr als 8 % der Lichtgeschwindigkeit. Die Größe der Neptunbahn ist als Vergleichsmaßstab dargestellt.

S301 zieht so nahe an Sagittarius A* vorbei, dass seine Umlaufbahn durch die Rotation des Schwarzen Lochs beeinflusst werden könnte, welche die Raumzeit um sich herum verdrillt. Dieser Effekt ist gering, könnte jedoch in den nächsten Jahren mit dem VLTI und dem im Bau befindlichen Extremely Large Telescope (ELT) der ESO gemessen werden.

Die Bahn von S301 ist hier als elliptische Kurve dargestellt. In jedem Einzelbild zeigt die durchgezogene Kurve den Weg, den der Stern bis zu diesem Zeitpunkt bereits zurückgelegt hat, während die gestrichelte Kurve den darauffolgenden Verlauf markiert.

Diese Bildsequenz, aufgenommen mit dem Instrument GRAVITY am Very Large Telescope Interferometer der ESO (VLTI), zeigt mehrere Sterne auf ihrer Umlaufbahn um Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. Bei einem dieser Sterne, bekannt als S301, wurde kürzlich festgestellt, dass er dem Schwarzen Loch weit näher kommt als jeder andere bekannte Stern.

S301 umkreist Sagittarius A* alle 8,7 Jahre. Bei seiner engsten Annäherung – vergleichbar mit dem Abstand zwischen Sonne und Saturn – bewegt sich der Stern mit mehr als 8 % der Lichtgeschwindigkeit. Die Größe der Neptunbahn ist als Vergleichsmaßstab dargestellt.

S301 zieht so nahe an Sagittarius A* vorbei, dass seine Umlaufbahn durch die Rotation des Schwarzen Lochs beeinflusst werden könnte, welche die Raumzeit um sich herum verdrillt. Dieser Effekt ist gering, könnte jedoch in den nächsten Jahren mit dem VLTI und dem im Bau befindlichen Extremely Large Telescope (ELT) der ESO gemessen werden.

Die Bahn von S301 ist hier als elliptische Kurve dargestellt. In jedem Einzelbild zeigt die durchgezogene Kurve den Weg, den der Stern bis zu diesem Zeitpunkt bereits zurückgelegt hat, während die gestrichelte Kurve den darauffolgenden Verlauf markiert.

Diese Bildsequenz, aufgenommen mit dem Instrument GRAVITY am Very Large Telescope Interferometer der ESO (VLTI), zeigt mehrere Sterne auf ihrer Umlaufbahn um Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. Diese Sterne werden zusammenfassend als S-Sterne bezeichnet. Die Pfeile in diesen Bildern zeigen ihre beobachtete Bewegung um das Schwarze Loch an. Bei einem dieser Sterne, S301, wurde kürzlich festgestellt, dass er dem Schwarzen Loch weit näher kommt als die anderen S-Sterne. Seine Bahn ist hier als elliptische Kurve dargestellt.

In jedem Einzelbild zeigt die durchgezogene Kurve den Weg, den der Stern bis zu diesem Zeitpunkt bereits zurückgelegt hat, während die gestrichelte Kurve den darauffolgenden Verlauf markiert.

Dieses Bild zeigt die Bahn des Sterns S301 um Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie. Die Rauten markieren Messungen, die mit dem Instrument GRAVITY am Very Large Telescope Interferometer der ESO (VLTI) durchgeführt wurden. Die Größe der Neptunbahn ist als Vergleichsmaßstab dargestellt.

S301 umkreist Sagittarius A* alle 8 Jahre. Dabei dreht sich seine Umlaufbahn und bildet eine Rosette. Dieser als Schwarzschild-Präzession bekannte Effekt wurde um Sagittarius A* bereits gemessen; er tritt unabhängig davon auf, ob das Schwarze Loch rotiert oder nicht.

Wenn das Schwarze Loch jedoch rotiert, kommt ein weiterer Effekt ins Spiel: Durch seine Eigenrotation zieht das Schwarze Loch die Raumzeit um sich herum mit und verdrillt sie – ein Phänomen, das als Lense-Thirring-Effekt bekannt ist.

Der Stern S301 wagt sich so nahe an das Schwarze Loch heran, dass er von diesem Phänomen beeinflusst werden könnte. Die verdrillte Raumzeit um das Schwarze Loch würde die Bahn von S301 bei jedem nahen Durchgang geringfügig verändern. Nach einigen Jahren wäre der Unterschied zwischen den berechneten Bahnen für ein nicht-rotierendes und ein rotierendes Schwarzes Loch zwar klein – etwa von der Größe der Erdbahn um die Sonne –, aber groß genug, um mit dem VLTI und dem im Bau befindlichen Extremely Large Telescope (ELT) der ESO gemessen werden zu können.

Das heutige Bild der Woche gibt uns einen genaueren Einblick, wie sich Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien ernähren. Eine weit verbreitete Annahme ist, dass Schwarze Löcher einfach alles ansaugen, was ihnen zu nahe kommt. Das ist aber falsch. Materie kann nur dann in ein Schwarzes Loch fallen, wenn sie irgendwie abgebremst wird – aber wie kann das geschehen?

Um diese Frage zu beantworten, hat ein Team unter der Leitung von Wout Goesaert, derzeit Doktorand an der Universität Leiden in den Niederlanden, die Verteilung von molekularem Gas in der Circinus-Galaxie kartiert, die etwa 13 Millionen Lichtjahre entfernt ist. Die Galaxie ist im Bild oben links im sichtbaren Licht dargestellt. Die beiden Ausschnitte sind Bilder, die mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) aufgenommen wurden, an dem die ESO als Partner beteiligt ist. Das Gas strömt durch zwei Spiralarme, die in die Scheibe eingebettet sind und die man im Ausschnitt oben rechts erkennt, in Richtung des Schwarzen Lochs. Diese Arme speisen die ringförmige Wolke um das Schwarze Loch, die unten nochmal herausvergrößert ist.

Der gravitative Einfluss der Spiralarme stört die Bewegung des molekularen Gases, das direkt in den Schlund des Monsters fällt – so wie ein Satellit auf die Erde fallen würde, wenn man seine Umlaufbahn stört. Der Fütterungsprozess ist jedoch sehr ineffizient: Das Team fand heraus, dass etwa 90% des Materials nicht im Schwarzen Loch landen, sondern wieder ausgespuckt werden, wie bei einem riesigen Kleinkind, das sich weigert zu essen.

Links 

• Fachartikel, zur Veröffentlich angenommen bei Astronomy & Astrophysics
• Pressemitteilung der Netherlands Research School for Astronomy

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein „kosmisches Duell“ – eine Galaxienverschmelzung, bei der die Galaxie auf der rechten Seite in ihrem Zentrum einen Quasar beherbergt. Dieser Quasar wird von einem supermassereichen Schwarzen Loch angetrieben, das Materie aus seiner Umgebung verschlingt und einen mächtigen Strahlungskegel aussendet, der die andere Galaxie wie eine Lanze durchdringt.

Wenn diese Strahlung mit der Galaxie auf der linken Seite zusammentrifft, zerstört sie die Gas- und Staubwolken in ihrem Inneren und lässt nur die kleinsten und dichtesten Regionen zurück. Diese Regionen sind nach diesem Prozess wahrscheinlich nicht mehr in der Lage, Sterne zu bilden.

Dieses Bild, aufgenommen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), zeigt den Anteil an molekularem Gas in zwei Galaxien, die an einer kosmischen Kollision beteiligt sind. Die rechte Galaxie beherbergt einen Quasar – ein supermassereiches Schwarzes Loch, das Material aus seiner Umgebung ansammelt und intensive Strahlung direkt in die andere Galaxie abgibt.

Astronomen verwendeten das X-Shooter-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO, um das Licht des Quasars zu erfassen, während es einen unsichtbaren Gashalo durchdringt, der die Galaxie auf der linken Seite umgibt. Auf diese Weise konnten sie die Auswirkungen dieser Strahlung auf das Zielobjekt beobachten, das die Gaswolken zerstört und die Bildung neuer Sterne verhindert.

Diese Weitwinkelaufnahme zeigt den Bereich des Himmels um ein Paar wechselwirkender Galaxien, die den Beinamen „kosmisches Duell“ tragen, weil eine von ihnen die andere mit intensiver Strahlung durchdringt. Die Galaxien erscheinen als winziger weißer Punkt in der Mitte dieses Bildes. Das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hat sie detailreich aufgelöst, und das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat die Schäden untersucht, die eine Galaxie der anderen zufügt.

Diese computergenerierten Bilder zeigen die Emission in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs, das Sgr A* ähnelt, bei einer beobachtenden Wellenlänge von 1,3 mm (links) und 0,87 mm (rechts). Sie verdeutlichen, wie viel mehr Details bei der Beobachtung eines Schwarzen Lochs bei kürzeren Wellenlängen sichtbar sind. Der horizontale Balken kennzeichnet eine Winkelskala von 40 Mikrobogensekunden.

Diese künstlerische Darstellung zeigt zwei Phasen der Entstehung einer Scheibe aus Gas und Staub um das massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie SDSS1335+0728. Der Kern dieser Galaxie leuchtete 2019 auf und wird immer heller – zum ersten Mal beobachten wir in Echtzeit, wie ein massereiches Schwarzes Loch aktiv wird.

Ende 2019 begann die Galaxie SDSS1335+0728 plötzlich heller als je zuvor zu leuchten und wurde als Galaxie mit einem aktiven galaktischen Kern klassifiziert, der von einem massereichen Schwarzen Loch im Kern der Galaxie angetrieben wird. Dies ist das erste Mal, dass das Erwachen eines massereichen Schwarzen Lochs in Echtzeit beobachtet wurde. Diese künstlerische Darstellung zeigt die wachsende Scheibe aus Materie, die vom Schwarzen Loch angezogen wird, während es sich von dem in seiner Umgebung vorhandenen Gas speist und die Galaxie zum Leuchten bringt.

This artist’s impression depicts a rapidly spinning supermassive black hole surrounded by an accretion disc. This thin disc of rotating material consists of the leftovers of a Sun-like star that was ripped apart by the tidal forces of the black hole.

Dieses Bild zeigt einen Weitwinkelausschnitt der Umgebung von Gaia BH3, dem massereichsten stellaren schwarzen Loch in unserer Galaxie. Das schwarze Loch selbst ist hier nicht sichtbar, aber der Stern, der es umkreist, ist genau in der Mitte dieses Bildes zu sehen, das aus Aufnahmen des Digitized Sky Survey 2 erstellt wurde.

Diese künstlerische Darstellung vergleicht drei stellare schwarze Löcher in unserer Galaxie nebeneinander: Gaia BH1, Cygnus X-1 und Gaia BH3, deren Massen das 10-, 21- bzw. 33-fache der Sonnenmasse betragen. Gaia BH3 ist das massereichste stellare schwarze Loch, das bisher in der Milchstraße gefunden wurde. Die Radien der schwarzen Löcher sind direkt proportional zu ihren Massen, aber es ist wichtig zu beachten, dass die schwarzen Löcher selbst nicht direkt abgebildet worden sind.

Astronominnen und Astronomen haben das massereichste stellare schwarze Loch in unserer Galaxie entdeckt, und zwar dank der Taumelbewegung, die es auf einen Begleitstern ausübt. Diese künstlerische Darstellung zeigt die Bahnen des Sterns und des schwarzen Lochs, kurz Gaia BH3 genannt, um ihr gemeinsames Massenzentrum. Die Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation hat dieses Taumeln über mehrere Jahre hinweg gemessen. Zusätzliche Daten von anderen Teleskopen, darunter das Very Large Telescope der ESO in Chile, bestätigten, dass die Masse dieses schwarzen Lochs 33 Mal so groß ist wie die unserer Sonne. Die chemische Zusammensetzung des Begleitsterns deutet darauf hin, dass das schwarze Loch nach dem Kollaps eines massereichen Sterns mit sehr wenigen schweren Elementen oder Metallen entstanden ist, so wie es die Theorie vorhersagt.

Die Event Horizon Telescope (EHT)-Kollaboration, die das erste Bild unseres schwarzen Lochs in der Milchstraße im Jahr 2022 veröffentlicht hat, liefert nun einen neuen Blick auf das massereiche Objekt im Zentrum unserer Galaxie: Sein Aussehen in polarisiertem Licht. Es ist das erste Mal, dass Astronominnen und Astronomen so nahe am Rand von Sagittarius A* die Polarisation, eine Signatur von Magnetfeldern, messen konnten. Dieses Bild zeigt den polarisierten Blick auf das schwarze Loch in der Milchstraße. Die eingeblendeten Linien markieren die Ausrichtung der Polarisation, die mit dem Magnetfeld um den Schatten des schwarzen Lochs zusammenhängt.

Dieser Vergleich der supermassereichen schwarzen Löcher M87* und Sagittarius A* in polarisiertem Licht zeigt den Wissenschaftlern, dass diese zwei Giganten ähnliche Magnetfeldstrukturen aufweisen. Dies ist insofern bedeutsam, als es den Schluss zulässt, dass die physikalischen Prozesse, die bestimmen, wie ein schwarzes Loch sich speist und einen Jet ausstößt, universelle Merkmale für supermassereiche schwarze Löcher sein könnten.

Die Skala zeigt die scheinbare Größe dieser Bilder am Himmel in Einheiten von Mikrobogensekunden. Ein auf Armeslänge gehaltener Finger misst 1 Grad am Himmel; eine Mikrobogensekunde ist 3,6 Milliarden Mal kleiner als das. Im Kontext haben die Bilder dieser schwarzen Löcher eine scheinbare Größe, die der eines Donuts auf der Oberfläche des Mondes entspricht.

Dieses Bild zeigt die Himmelsregion, in der sich der rekordbrechende Quasar J0529-4351 befindet. Mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile wurde festgestellt, dass dieser Quasar das leuchtstärkste bisher bekannte Objekt im Universum ist. Dieses Bild wurde aus Bildern des Digitized Sky Survey 2 erstellt, während der Einschub die Position des Quasars in einem Bild des Dark Energy Survey zeigt.

Diese künstlerische Darstellung zeigt den rekordbrechenden Quasar J059-4351, den hellen Kern einer weit entfernten Galaxie, der von einem supermassereichen schwarzen Loch angetrieben wird. Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile wurde dieser Quasar als das leuchtstärkste bisher bekannte Objekt im Universum identifiziert. Das supermassereiche Schwarze Loch, das hier dabei zu sehen ist, wie es die es umgebende Materie anzieht, hat eine Masse, die 17 Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne und wächst pro Tag um das Äquivalent einer weiteren Sonne, was es zum am schnellsten wachsenden Schwarzen Loch macht, das heute bekannt ist.

Dieses Bild zeigt den Jet und den Schatten des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 zum ersten Mal gleichzeitig. Die Beobachtungen wurden mit Teleskopen des Global Millimeter VLBI Array (GMVA), des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, und des Grönland-Teleskops gemacht. Dieses Bild gibt den Wissenschaftlern den nötigen Rahmen, um zu verstehen, wie sich der mächtige Jet bildet. Die neuen Beobachtungen haben auch gezeigt, dass der Ring des schwarzen Lochs, der hier im Bildausschnitt zu sehen ist, 50 % größer ist als der Ring, der bei kürzeren Radiowellenlängen vom Event Horizon Telescope (EHT) beobachtet wurde. Dies deutet darauf hin, dass wir auf dem neuen Bild mehr von dem Material sehen, das auf das schwarze Loch zufällt, als wir mit dem EHT sehen konnten.

Wissenschaftler, die den kompakten Radiokern von M87 beobachteten, haben neue Details über das supermassereiche schwarze Loch in der Galaxie entdeckt. In dieser künstlerischen Darstellung ist der gewaltige Jet des schwarzen Lochs zu sehen, der aus seinem Zentrum aufsteigt. Die Beobachtungen, auf denen diese Illustration basiert, zeigen zum ersten Mal eine gemeinsame Abbildung des Jets und des Schattens des schwarzen Lochs und geben den Wissenschaftlern neue Einblicke in die Art und Weise, wie schwarze Löcher diese starken Jets ausstoßen können.

In diesem Bild der Woche werfen wir einen genaueren Blick auf die Galaxie UGC 4211, in der zwei supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt wurden, die kurz vor der Verschmelzung stehen und nur 750 Lichtjahre voneinander entfernt sind – das uns nächstgelegene solche Paar, das bisher in mehreren Wellenlängen nachgewiesen wurde, und weniger als halb so weit entfernt wie der bisherige Rekordhalter. Dabei kamen das Very Large Telescope (VLT) der ESO, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, und andere Teleskope zum Einsatz, um das helle Licht zu nachzuweisen, das entsteht, wenn Schwarze Löcher Material in ihrer Umgebung verschlingen.

Das hier gezeigte Bild wurde aus Daten des MUSE-Instruments am VLT der ESO in Chile erstellt. Es zeigt die Emission von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in Blau, Grün und Rot. Rot zeigt Bereiche mit Sternentstehung an und die helle weiße Zentralregion deutet auf zwei supermassereiche Schwarze Löcher hin, die sich Material in ihrer Umgebung einverleiben.

Durch die Kombination der Daten von VLT, ALMA und anderen Teleskopen konnte ein Team unter der Leitung von Michael Koss von Eureka Scientific in den USA diese beiden schwarzen Löcher nachweisen und im Detail untersuchen. Diese Schwarzen Löcher haben sich wahrscheinlich gefunden, als ihre Wirtsgalaxien kollidierten und verschmolzen. Die Beobachtung dieses Systems wird dazu beitragen, dass wir besser verstehen, wie Galaxien und ihre supermassereichen Schwarzen Löcher bei ihrer Verschmelzung wachsen.

Alternative Versionen dieses Bildes

• Direktvergleich
• Interaktiver Vergleich
• Sterndaten

In diesem Bild der Woche werfen wir einen genaueren Blick auf die Galaxie UGC 4211, in der zwei supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt wurden, die kurz vor der Verschmelzung stehen und nur 750 Lichtjahre voneinander entfernt sind – das uns nächstgelegene solche Paar, das bisher in mehreren Wellenlängen nachgewiesen wurde, und weniger als halb so weit entfernt wie der bisherige Rekordhalter. Dabei kamen das Very Large Telescope (VLT) der ESO, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, und andere Teleskope zum Einsatz, um das helle Licht zu nachzuweisen, das entsteht, wenn Schwarze Löcher Material in ihrer Umgebung verschlingen.

Das hier gezeigte Bild wurde aus Daten des MUSE-Instruments am VLT der ESO in Chile erstellt. Es zeigt die klassische Ansicht dieser Galaxie, bei der teils Staubwolken das Sternlicht verdecken. Andere Versionen des Bildes, auf denen zwei supermassereiche Schwarze Löcher sichtbar werden, die sich Material in ihrer Umgebung einverleiben, erreichen Sie über die Links unten.

Durch die Kombination der Daten von VLT, ALMA und anderen Teleskopen konnte ein Team unter der Leitung von Michael Koss von Eureka Scientific in den USA diese beiden schwarzen Löcher nachweisen und im Detail untersuchen. Diese Schwarzen Löcher haben sich wahrscheinlich gefunden, als ihre Wirtsgalaxien kollidierten und verschmolzen. Die Beobachtung dieses Systems wird dazu beitragen, dass wir besser verstehen, wie Galaxien und ihre supermassereichen Schwarzen Löcher bei ihrer Verschmelzung wachsen.

Alternative Versionen dieses Bildes

• Direktvergleich
• Interaktiver Vergleich
• Gasdaten

In diesem Bild der Woche werfen wir einen genaueren Blick auf die Galaxie UGC 4211, in der zwei supermassereiche Schwarze Löcher entdeckt wurden, die kurz vor der Verschmelzung stehen und nur 750 Lichtjahre voneinander entfernt sind – das uns nächstgelegene solche Paar, das bisher in mehreren Wellenlängen nachgewiesen wurde, und weniger als halb so weit entfernt wie der bisherige Rekordhalter. Dabei kamen das Very Large Telescope (VLT) der ESO, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, und andere Teleskope zum Einsatz, um das helle Licht zu nachzuweisen, das entsteht, wenn Schwarze Löcher Material in ihrer Umgebung verschlingen.

Die beiden hier gezeigten Bilder wurden aus Daten des MUSE-Instruments am VLT der ESO in Chile erstellt. Das linke Bild zeigt eine klassische Ansicht dieser Galaxie, bei der teils Staubwolken das Sternlicht verdecken. Das rechte Bild zeigt die Emission von Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff in Blau, Grün und Rot. Rot zeigt Bereiche mit Sternentstehung an und die helle weiße Zentralregion deutet auf zwei supermassereiche Schwarze Löcher hin, die sich Material in ihrer Umgebung einverleiben.

Durch die Kombination der Daten von VLT, ALMA und anderen Teleskopen konnte ein Team unter der Leitung von Michael Koss von Eureka Scientific in den USA diese beiden schwarzen Löcher nachweisen und im Detail untersuchen. Diese Schwarzen Löcher haben sich wahrscheinlich gefunden, als ihre Wirtsgalaxien kollidierten und verschmolzen. Die Beobachtung dieses Systems wird dazu beitragen, dass wir besser verstehen, wie Galaxien und ihre supermassereichen Schwarzen Löcher bei ihrer Verschmelzung wachsen.

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