Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Makoto Kishimoto vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn konnte mit interferometrischen Messungen im Nahinfrarotbereich erstmals Zentralquellen von aktiven Galaxienkernen auflösen. Die Beobachtungen zeigen ringförmige Emissionsstrukturen, die aus Staub und Gas bestehen.

UKIRT-Aufnahmen der vier mit dem Keck-Interferometer untersuchten Galaxien. Der Radius der inneren Region beträgt lediglich 0,13 Lichtjahre (M. Kishimoto)

Die Zentralbereiche vieler Galaxien emittieren intensive Strahlung von Röntgen- über optische, Infrarot- bis zum Radio, wobei oftmals zwei Materiestrahlen, die so genannten Jets, aus dem eigentlichen Kern emittiert wird. Die Astronomen gehen davon aus, dass die abgestrahlte Energie aus solchen aktiven Galaxienkernen durch Einströmen, der «Akkretion» von Materie, auf extrem massereiche Schwarze Löcher in den Zentren dieser Galaxien erzeugt wird. Einströmende Gase und Staub strahlen dabei vorwiegend bei optischen und infraroten Wellenlängen.

Das Forscherteam hat im Mai 2009 vier dieser Aktiven Galaktischen Kerne («AGN») erfolgreich mit dem Keck-Interferometer auf Hawaii beobachtet. “Dieses Ergebnis wurde nur möglich durch die große Anstrengung der Keck-Mitarbeiter, die die Empfindlichkeit ihrer Instrumente für schwache Strahlung stark verbessert haben”, sagt Makoto Kishimoto vom MPIfR. Im Anschluss an die Interferometer-Beobachtungen wurden weiterhin zeitnahe Aufnahmen der jeweiligen Galaxien im Nahinfrarotbereich mit dem “United Kingdom Infrared Telescope” (UKIRT, Hawaii) aufgenommen.

Das Keck-Interferometer auf dem Mauna Kea besteht aus zwei einzelnen 10-Meter-Teleskopen in getrennten Kuppeln im Abstand von 85 Metern (W.M. Keck-Obs.)

Die Astronomen haben das Ziel, einen direkten Einblick in die Welt der Schwarzen Löcher zu erhalten. Sie wollen beobachten, wie ein massereiches Schwarzes Loch das umgebende Gas verschluckt und wo genau in der Umgebung des Schwarzen Lochs der energiereiche Jet aus dem Zentralbereich startet. Um derart weit entfernte Objekte in Infrarot-Wellenlängen räumlich aufzulösen, wären Teleskope von 100 Metern Durchmesser und mehr erforderlich. Anstatt nun Teleskope dieser Größenordnung zu bauen, ist es einfacher und leichter zu realisieren, die Strahlengänge von zwei oder mehr benachbarten Einzelteleskopen miteinander zu überlagern (”interferieren”). Aus den erhaltenen Interferenzmustern lassen sich Informationen über die Umgebung der Schwarzen Löcher gewinnen. ”Die von uns angewandte Art der Interferometrie ist sehr neu und anspruchsvoll, was die Beobachtungsbedingungen und schließlich die Auswertung der Daten betrifft”, sagt Robert Antonucci von der University of California in Santa Barbara, Ko-Autor der Studie.

Die Wide Field Camera (lange schwarze Röhre) am UKIRT auf dem Mauna Kea, Hawaii (UKIRT/JAC)

Zukünftige Interferometer werden aus einem großen Teleskop-Netzwerk bestehen, das sich über mehrere Kilometer Entfernung erstreckt. Solche Anlagen gibt es bereits seit einer Reihe von Jahren in der Radioastronomie, jedoch noch nicht in der Infrarot-Astronomie. Die Infrarot-Interferometrie befindet sich in einem recht frühen Stadium, weshalb meistens nur zwei oder drei Teleskope eingesetzt werden können. Neben dem VLT in Chile stellen die beiden Keck-Teleskope mit jeweils 10 Metern Durchmesser die Vorreiter dar. Sie können mit einem Abstand von 85 Metern als Keck-Interferometer betrieben werden.

“Obwohl wir über die höchste bisher erreichte räumliche Auflösung im Infrarotbereich verfügen, untersuchen wir doch noch einen relativ weit außen gelegenen Bereich um das zentrale Schwarze Loch”, sagt Makoto Kishimoto. “Wir hoffen, dass wir mit der höheren Auflösung zukünftiger Interferometer mit Einzelteleskopen in größerem Abstand noch näher an die Zentralquelle herankommen. Außerdem planen wir, eine Reihe weiterer aktiver Galaxien mit massereichen Schwarzen Löchern im Zentrum zu untersuchen.”