Image Archive: Quasars and Black Holes

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein sich schnell drehendes supermassereiches Schwarzes Loch, das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist. Diese dünne Scheibe aus rotierendem Material besteht aus den Überresten eines sonnenähnlichen Sterns, der durch die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs auseinandergerissen wurde. Schocks in den kollidierenden Trümmern sowie Wärme, die durch Akkretion erzeugt wurde, führten zu einem Lichtausbruch, der einer Supernova-Explosion ähnelt.

Das überaus empfindliche GRAVITY-Instrument der ESO hat die seit langem bestehende Annahme, dass sich im Zentrum der Milchstraße ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet, weiter bestätigt. Neue Beobachtungen zeigen Verdichtungen aus Gas, die mit etwa 30% der Lichtgeschwindigkeit auf einer kreisförmigen Umlaufbahn am Rande des Ereignishorizonts herumrasen. Das ist das erste Mal, dass Materie in der Nähe des Punktes beobachtet wurde, von dem es keine Rückkehr gibt. Es handelt sich um die genauesten Beobachtungen von Material, das einem Schwarzen Loch so nahe kommt.

Diese Visualisierung verwendet Simulationsdaten von Orbitalbewegungen von Gasen, die bei etwa 30% der Lichtgeschwindigkeit auf einer kreisförmigen Umlaufbahn um das Schwarze Loch herum wirbeln.

Dieses mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gewonnene Bild zeigt die Himmelsregion um Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, das auf dem Bild mit einem kleinen Kringel markiert ist. Neuere Untersuchungen haben interessante Hinweise auf interstellare Gas- und Staubwolken zu Tage gefördert, die das Schwarze Loch mit hoher Geschwindigkeit umkreisen.

Die gefundenen Gaswolken, die größtenteils aus molekularem Wasserstoff bestehen, werden auch als molekulare Cloudlets (deutsch: Wölkchen) bezeichnet. Man hatte diese bisher noch nie zweifelsfrei nachweisen können. Dieses Bild zeigt eigentlich die Verteilung von molekularem Kohlenmonoxid, dem zweithäufigsten molekularen Bestandteil der Wolken. Die Cloudlets sind etwa 26.000 Lichtjahre von uns entfernt und kreisen mit hoher Geschwindigkeit und relativ nahe um das Schwarze Loch, nur etwa ein Lichtjahr entfernt. Ihre Entdeckung war nur durch die hohe Auflösung von ALMA möglich. Sie sind aus bereits vorher existierenden massereichen Wolken hervorgegangen, die um das Zentrum unserer Milchstraße rotierten. Diese Wolken wurden dann durch Gezeitenkräfte zerfetzt und in dichte Fragmente und eine kurzlebige Komponente mit niedriger Dichte zerlegt. Letztere konnte anhand der Signatur in der Synchrotronstrahlung indentifiziert werden, welche von Sagittarius A* emittiert wird und das diffuse Gas zwischen den Cloudlets passiert.

Obwohl Wolken aus molekularem Gas neue Sterne bilden können, werden diese Cloudlets wohl keine neue Sterngeneration hervorbringen. Sie haben eine relativ kleine Masse von etwa dem 60-fachen unserer Sonne und befinden sich im Strudel der gewaltigen, turbulenten Gravitationskräfte von Sagittarius A*.

Während die Sterne um Sagittarius A* bereits systematisch untersucht wurden, hatte man diese dichten Molekülwolken in so unmittelbarar Nachbarschaft zum galaktischen Zentrum bisher noch nicht nachweisen können.

Diese künstlerische Darstellung zeigt die Bahn des Sterns S2, die sehr nah am supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße vorbeiführt. Dessen besonders starkes Gravitationsfeld bewirkt, dass sich die Farbe des Sterns leicht zum Roten hin verschiebt, ein Effekt aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.

In dieser Grafik wurden Farbeffekt, Geschwindigkeit und Größe der Objekte aus Gründen der Übersichtlichkeit übertrieben dargestellt.

Diese Simulation zeigt die Umlaufbahnen von Sternen in unmittelbarer Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Milchstraße. Einer dieser Sterne, genannt S2, umkreist das Schwarze Loch alle 16 Jahre und hat es im Mai 2018 passiert. Dies ist ein perfektes Labor, um die Gravitationsphysik und speziell Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie zu testen.

Dieses Diagramm zeigt die Bewegung des Sterns S2 in der Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße. Es wurde aus Beobachtungen mit dem GRAVITY-Instrument am VLT-Interferometer zusammengestellt. Zu diesem Zeitpunkt war der Stern mit fast 3% der Lichtgeschwindigkeit unterwegs und seine Positionsverschiebung ist von Nacht zu Nacht erkennbar.

Dieses Diagramm zeigt die Bewegung des Sterns S2 um das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Es wurde aus Beobachtungen mit ESO-Teleskopen und Instrumenten über einen Zeitraum von mehr als 25 Jahren zusammengestellt. Der Stern braucht 16 Jahre, um einen Umlauf zu vollenden und war im Mai 2018 sehr nah am Schwarzen Loch.

Das GRAVITY-Instrument im VLT-Interferometer hat die Bewegung des Sterns S2 verfolgt, als er dem Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße sehr nahe kam. Dieses Bild zeigt den Stern und das Schwarze Loch kurz vor ihrer größten Annäherung im Mai 2018.

Diese künstlerische Darstellung zeigt die Bahn des Sterns S2, die sehr nah am supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße vorbeiführt. Dessen besonders starkes Gravitationsfeld bewirkt, dass sich die Farbe des Sterns leicht zum Roten hin verschiebt, ein Effekt aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie.

In dieser Grafik wurden Farbeffekt, Geschwindigkeit und Größe der Objekte aus Gründen der Übersichtlichkeit übertrieben dargestellt.

Dieses Bild ist eines von Hunderten, die mit dem NACO-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile über einen Zeitraum von zwei Jahrzehnten gesammelt wurden, um die Bewegungen von Sternen zu beobachten, die das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umkreisen.

This artist's impression shows the dust torus around a super-massive black hole. Black holes lurk at the centres of active galaxies in environments not unlike those found in violent tornadoes on Earth. Just as in a tornado, where debris is often found spinning about the vortex, so in a black hole, a dust torus surrounds its waist. In some cases astronomers can look along the axis of the dust torus from above or from below and have a clear view of the black hole. Technically these objects are then called "type 1 sources". "Type 2 sources" lie with the dust torus edge-on as viewed from Earth so our view of the black hole is totally blocked by the dust over a range of wavelengths from the near-infrared to soft X-rays. While many dust-obscured low-power black holes (called "Seyfert 2s") were known, until recently few of their high-power counterparts were known. The identification of a population of high-power obscured black holes and the active galaxies surrounding them has been a key goal for astronomers and will lead to greater understanding and a refinement of the cosmological models describing our Universe. The European AVO science team led by Paolo Padovani from Space Telescope-European Coordinating Facility and the European Southern Observatory in Munich, Germany, has discovered a whole population of the obscured, powerful supermassive black holes. Thirty of these objects were found in the so-called GOODS (Great Observatories Origins Deep Survey) fields. The GOODS survey consists of two areas that include some of the deepest observations from space- and ground-based telescopes, including the NASA/ESA Hubble Space Telescope, and have become the best studied patches in the sky. In the illustration the jets coming out of the regions nearest the black hole are also seen. The jets emerge from an area close to the black hole where a disk of accreted material rotates (not seen here).

Dieses Bild der Woche zeigt eine riesige Gaswolke um den weit entfernten Quasar SDSS J102009.99+104002.7, aufgenommen vom Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) am Very Large Telescope (VLT) der ESO am Paranal-Observatorium. Quasare sind die leuchtstarken Kerne aktiver Galaxien, die durch Materie gespeist werden, die in das zentrale supermassereiche Schwarze Loch fällt. Dieser Quasar und das ihn umgebende Gas weisen eine Rotverschiebung von über 3 auf, was bedeutet, dass wir ihn in einem Alter von nur etwa 2 Milliarden Jahren nach dem Urknall sehen.

Die den Quasar umgebende Gaswolke (also den Nebel) bezeichnen die Astronomen als Enormous Lyman-Alpha Nebula (ELAN). Derartige Objekte sind gewaltige Ansammlungen von Gas, die sich im frühen Universum gebildet haben. Sie geben den Astronomen Hinweise darauf, wie sich das Drehmoment, das die Rotation der späteren Galaxien bewirkt, im Universum entwickelt hat. Dank des revolutionären MUSE-Instruments ist es heute möglich, diese seltenen, riesengroßen Nebel in feinerem Detail zu untersuchen als je zuvor.

Im vorliegenden Fall hat das ELAN-Objekt einen Durchmesser von etwa einer Million Lichtjahre. Dank der Möglichkeit von MUSE, Bilder in vielen Wellenlängen gleichzeitig aufzunehmen, konnte man nun erstmals die Anzeichen für die einwärtsgerichtete Bewegung des Gases feststellen.

A simulated image of the supermassive black hole at the centre of the M87 galaxy. The dark gap at the centre is the shadow of the black hole.

Sagittarius A*, taken by NASA's Chandra X-Ray Observatory. Ellipses indicate light echoes.

The view of the centre of our galaxy with a closer view of the object known as Sagittarius A*, the bright radio source that corresponds to the supermassive black hole.

This infographic shows a simulation of the outflow (bright red) from a black hole and the accretion disk around it, with simulated images of the three potential shapes of the event horizon’s shadow.

Simulated image of an accreting black hole. The event horizon is in the middle of the image, and the shadow can be seen with a rotating accretion disk surrounding it.

General relativity predicts that the shadow should be circular (middle), but a black hole could potentially also have a prolate (left) or oblate (right) shadow. Future EHT images will test this prediction.

Künstlerische Darstellung einer Galaxie, in der Sterne innerhalb starker Materiewinde entstehen, die von supermassereichen Schwarzen Löchern im Galaxienzentrum nach außen geblasen werden. Bei den Forschungsergebnissen, die mit dem Very Large Telescope der ESO gewonnen wurden, handelt es sich um die ersten bestätigten Beobachtungen von Sternentstehung in solch einer extremen Umgebung. Für unser Verständnis von Galaxieneigenschaften und -entwicklung hat die Entdeckung weitreichende Folgen.

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein schnell rotierendes supermassereiches Schwarzes Loch, das von einer Akkretionsscheibe umgeben wird. Diese dünne Scheibe aus rotierender Materie besteht aus den Überresten eines sonnenähnlichen Sterns, der durch die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs auseinandergerissen wurde. Stöße in den kollidierenden Trümmern sowie durch Akkretion erzeugte Wärme führten zu einem Helligkeitsausbruch, der einer Supernova-Explosion ähnelt.

Die massereichsten Galaxien im Universum enthalten Supermassereiche Schwarze Löcher in ihrem Zentrum. Diese wahrhaft kolossalen Schwarzen Löcher fressen die umgebende Materie mit erstaunlicher Geschwindigkeit, wobei sie gigantische Mengen an Strahlung abgeben und zu den hellsten Objekte im gesamten Universum gehören! Trotz ihrer unglaublich großen Entfernung von der Erde strahlt die Umgebung dieser Schwarzen Löcher genauso hell wie die hellsten Objekte in unserer eigenen Galaxis, der Milchstraße.

Einige dieser Objekte, bekannt unter dem Namen Quasi-stellare Objekte oder kurz Quasare, erweisen sich als nützliche Hilfsmittel beim Studium des Kosmos. Da sie so extrem weit weg sind, liegt reichlich viel Raum zwischen ihnen und unseren Teleskopen. Dieser Raum ist nicht völlig leer; er ist erfüllt mit dem intergalaktischen Medium, das größtenteils aus Gaswolken besteht – hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, aber auch mit Spuren anderer Elemente – die teils das Licht der dahinterliegenden Quellen absorbieren und es daran hindern, uns zu erreichen. Das Licht, das von hellen Quasaren ausgeht muss solche Wolken auf ihrer Reise zu uns passieren und wird daher teilweise absorbiert.

Dieses Spektrum, das vom UVES-Instrument am Very Large Telescope der ESO in Chile aufgenommen wurde, zeigt das Licht eines Quasars mit der Bezeichnung HE0940-1050 nachdem es solche Wolken durchlaufen hat. Die senkrechten Linien sind Merkmale der Absorption – sie zeigen, bei welcher Wellenlänge Licht vom intergalaktischen Medium absorbiert und somit vom ursprünglichen Quasarspektrum entfernt wurde. Die Intensität dieser Linien steht in direkter Beziehung zur Materiemenge, die der Lichtstrahl durchquert hat. Durch die Analyse dieser Linien kann man vielerlei Informationen über die Materie erhalten, aus dem die Wolken bestehen. Der besondere Wert dieses Spektrums liegt in den schwachen Linien, die die schwächsten sind, die jemals in einem Quasarspektrum beobachtet wurden.

Dieses Mosaik zeigt 18 der 19 von einem internationalen Astronomenteam unter der Leitung der ETH Zürich in der Schweiz beobachteten Quasare. Jeder beobachtete Quasar ist von einem hellen gasförmigen Halo umgeben. Zum ersten Mal zeigt eine Untersuchung von Quasaren solch hellen Halos um alle beobachteten Quasare.

Die Entdeckung gelang mit dem MUSE-Instrument am Very Large Telescope der ESO.

Dieser Konturplot zeigt die Intensitätsverteilung der Radiowellen, die von 3C 286 emittiert werden. Die violetten Streifen zeigen die Richtung der Polarisation. Der Bereich mit geringerer Emission auf der rechten Seite ist Teil eines Jets, der von dem Quasar im Zentrum des Signals ausgestoßen wird.

Aufnahme des galaktischen Zentrums. Bei den interferometrischen GRAVITY-Beobachtungen wurde der Stern IRS 16C als Referenzstern werwendet, das wirkliche Zielobjekt war aber der Stern S2. Die Position des galaktischen Zentrums, an der sich das (unsichtbare) Schwarze Loch mit dem Namen Sgr A* mit seinen 4 Millionen Sonnenmassen befindet, ist mit dem roten Kreuz markiert.

Ein kosmischer Wetterbericht würde wie in dieser künstlerischen Darstellung kondensierte Wolken aus kaltem molekularem Gas um die hellste Galaxie im Haufen Abell 2597 vorhersagen. Die Wolken kondensieren aus heißem, ionisiertem Gas, das den Raum zwischen den Galaxien im Haufen mit Licht durchflutet. Neue ALMA-Daten zeigen, dass diese Wolken auf die Galaxie hinabregnen und in Richtung des supermassereichen Schwarzen Lochs in ihrem Zentrum stürzen.