Das James Webb Space Telescope (JWST) hat das bislang klarste Bild der Umgebung eines supermassiven Schwarzen Lochs aufgenommen und liefert damit ein wichtiges neues Verständnis dafür, wie diese kosmischen Motoren wachsen. Die Beobachtungen, die sich auf die 14 Millionen Lichtjahre entfernte Circinus-Galaxie konzentrieren, zeigen, dass das intensive Infrarotlicht, das zuvor starken Ausflüssen zugeschrieben wurde, tatsächlich von einer dichten Gas- und Staubscheibe stammt, die spiralförmig in das Schwarze Loch strömt. Dieser Befund stellt lang gehegte Annahmen über die Funktionsweise aktiver Schwarzer Löcher und ihre Rolle bei der Galaxienentwicklung in Frage.
Enthüllung des Innenlebens des Schwarzen Lochs
Jahrzehntelang glaubten Astronomen, dass ein Großteil der Infrarotstrahlung in der Nähe aktiver Schwarzer Löcher von Material herrührt, das gewaltsam nach außen geschleudert wird. Die hochauflösende Infrarotbildgebung des JWST hat nun jedoch gezeigt, dass die dominierende Quelle dieser Energie eine abgeflachte Scheibe aus heißem Staub und Gas ist, die das Schwarze Loch direkt versorgt. Diese als Torus bekannte Scheibe macht etwa 87 % der beobachteten Infrarotemission aus.
Das Team unter der Leitung von Enrique Lopez-Rodriguez von der University of South Carolina nutzte einen speziellen Hochkontrastmodus am JWST und verdoppelte so effektiv das Auflösungsvermögen des Teleskops von 6,5 auf 13 Meter. Dies ermöglichte es ihnen, Strukturen im Zentrum der Galaxie zu isolieren und zu kartieren, die zuvor vom umgebenden Staub verdeckt waren. Das Ergebnis: eine detaillierte Ansicht der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs, die als Hauptreservoir für nach innen gezogenes Material fungiert.
Alte Modelle herausfordern
Früheren Teleskopen fehlte die Auflösung, um zwischen dem von der Akkretionsscheibe, dem staubigen Torus und Ausflüssen emittierten Licht zu unterscheiden und sie zu einer einzigen unaufgelösten Quelle zu verschmelzen. Die Fähigkeit von JWST, diese Komponenten zu trennen, ist transformativ. Nur etwa 1 % der Infrarotemission stammt von einem schwachen Ausfluss, was darauf hindeutet, dass Ausflüsse von Schwarzen Löchern im Vergleich zum einfallenden Material eine untergeordnete Rolle im Gesamtenergiehaushalt spielen. Die restlichen 12 % stammen aus Staub weiter draußen, der durch die Strahlung des Schwarzen Lochs erhitzt wird.
Implikationen für Galaxy Evolution
Das Verständnis des Wachstums von Schwarzen Löchern ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der Entwicklung von Galaxien. Wenn Schwarze Löcher sich ernähren, können sie enorme Energie freisetzen, die die Sternentstehung entweder unterdrückt oder stimuliert und die Gesamtstruktur der Galaxie formt. Durch die klare Trennung des nach innen fallenden Materials vom nach außen gedrückten Staub liefern diese neuen Beobachtungen entscheidende Einblicke in diesen Prozess.
„Wir brauchen eine statistische Stichprobe von Schwarzen Löchern, vielleicht ein Dutzend oder zwei Dutzend, um zu verstehen, wie die Masse ihrer Akkretionsscheiben und ihre Ausflüsse mit ihrer Kraft zusammenhängen“, erklärte Lopez-Rodriguez.
Das Forschungsteam plant, diese Technik auf andere nahe gelegene Schwarze Löcher anzuwenden, um ein umfassendes Bild davon zu erhalten, wie diese kosmischen Riesen wachsen und ihre Muttergalaxien beeinflussen. Es wird angenommen, dass der in Circinus beobachtete staubige Torus bei aktiven Schwarzen Löchern häufig vorkommt, was dies zu einem entscheidenden Schritt zur Entschlüsselung der Geheimnisse der Galaxienentwicklung macht.
