Die Verwendung aktiver galaktischer Kerne zur Entfernungsmessung in der Astronomie eröffnet beispiellose Perspektiven für neue Entdeckungen.
Aktiver galaktischer Kern durch die Augen eines Künstlers
Entfernungsmessung ist eines der ältesten und immer noch drängenden Probleme der Astronomie. Theoretisch sieht alles ganz einfach aus: Wenn man die anfängliche Helligkeit eines entfernten Objekts kennt, reicht es aus, seine scheinbare Helligkeit zu messen und die Entfernung von seinem Fall zu berechnen - die Helligkeit nimmt umgekehrt mit dem Quadrat der Entfernung ab.
Schon hier stehen wir vor der ersten Aufgabe: die dem Objekt innewohnende "anfängliche" Helligkeit herauszufinden. Für die allermeisten Sterne und Galaxien ist das unmöglich, und Wissenschaftler nutzen dafür Objekte, deren Helligkeit recht zuverlässig bestimmt werden kann. Solche „Standardkerzen“sind zum Beispiel Cepheiden, veränderliche Sterne, deren Pulsationsdauer ganz eng mit ihrer Leuchtkraft zusammenhängt. Durch Einstellen der Leuchtkraft kann die Periode gemessen werden - und dann nach Schema vorgegangen werden. Ein weiteres Beispiel sind Supernovae vom Typ Ia, die explodieren, wenn ein sterbender Stern eine bestimmte Masse und damit Leuchtkraft erreicht.
Es sind diese „Standardkerzen“, auf die sich Wissenschaftler verlassen müssen, um Entfernungen in der Astronomie zu bestimmen. Und es ist leicht nachzuvollziehen, wie wichtig es ist, möglichst genau über die verwendeten „Standardkerzen“(sprich: „Der Trick der Cepheiden“) zu sprechen – sowie über die Suche nach neuen, die verwendet werden können. Daher hat die jüngste Veröffentlichung des dänischen Astronomen Darach Watson, der einen völlig neuen Weg zur Bestimmung der Entfernungen zu so wichtigen Objekten wie aktiven Galaxienkernen vorgeschlagen hat, großes Interesse geweckt.
Erinnern Sie sich daran, dass solche Kerne aktiv und stark variable Strahlung in einem weiten Bereich des Spektrums emittieren. Es wird angenommen, dass sie in ihren Tiefen supermassereiche Schwarze Löcher enth alten, die Materie mit unglaublichem Appetit absorbieren. Beim Fallen in das Loch beschleunigt und verdreht sich die Substanz, erwärmt sich und strahlt. Die Strahlung kollidiert mit den äußeren Materieschichten, ionisiert und erhitzt sie, wodurch sie ebenfalls strahlen.
In den letzten Jahren hat die Entwicklung astronomischer Instrumente es Wissenschaftlern in vielen Fällen ermöglicht, Strahlung vom Schwarzen Loch selbst und von der es umgebenden Gas- und Staubwolke zu unterscheiden. Es ist klar, dass die Wolke nur Sekundärstrahlung aussendet, die von der Strahlung des Lochs abhängt, und um auf Änderungen darin zu reagieren, braucht sie einige Zeit, während der die Strahlung des Lochs die äußeren Schichten erreicht und die entsprechende beginnt Prozesse in ihnen. Diese Verzögerung kann gemessen werden, wodurch die Größe der Gas- und Staubwolke bestimmt wird.
Wie Watson jedoch zu Recht feststellte, nimmt die Intensität des Strahlungsflusses des Lochs ab und gehorcht demselben umgekehrten Quadrat der Entfernung. Je weiter die Gas- und Staubschichten vom supermassereichen Schwarzen Loch entfernt sind, desto geringer ist demnach ihre Helligkeit, und diese Abhängigkeit lässt sich leicht berechnen. Und folglich erlaubt Ihnen der Radius der Gas- und Staubwolke, ihre "anfängliche" Helligkeit einzustellen.
Watson testete den neuen Ansatz in der Praxis, indem er die Entfernung zu 38 bekannten aktiven galaktischen Kernen berechnete, die sich in einer Entfernung von bis zu z=4 befinden, was deutlich größer ist als die verfügbaren Werte, beispielsweise unter Verwendung von Supernovae (bis etwa z=1, 7).
Aber das ist erst der Anfang. Es ist schwierig vorherzusagen, was man mit den neuen „Standardkerzen“entdecken könnte, aber man kann mit allem rechnen. Denken Sie daran, dass Cepheiden Edwin Hubble in den 1920er Jahren erlaubten, die Tatsache der Expansion des Universums zu zeigen, und Supernovae vom Typ Ia in den 1990er Jahren zeigten, dass sich dieser Prozess beschleunigt, und so zur Entstehung einer Reihe erstaunlicher kosmologischer Ideen und Theorien führten. Wir sollten von aktiven galaktischen Kernen nicht weniger erwarten, nur weil sie viel heller sind als sowohl Cepheiden als auch Ia-Supernovae, was bedeutet, dass sie uns erlauben werden, viel weiter und tiefer in die Vergangenheit des Universums zu blicken.
