Hintergrund zum Projekt
Welche Teleskope und Instrumente wurden für dieses Projekt verwendet?
Die Daten wurden mit dem SINFONI-Instrument am Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte ESO genommen, das am Paranal-Observatorium in Nordchile stationiert ist. SINFONI ist ein räumlich auflösender Spektrograf. Astronomische Kameras liefern ein aus einzelnen Bildpunkten zusammengesetztes Bild einer Himmelsregion; mit dieser Art von Spektrograf lässt sich für jeden einzelnen der aufgenommenen Bildpunkte ein Spektrum aufnehmen. Der SINFONI-Spektrograf trägt die Bezeichnung SPIFFI (SPectrometer for Infrared Faint Field Imaging) und wurde vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und der NOVA-Kollaboration niederländischer Universitäten konzipiert und gebaut.
Ein weiterer Baustein von SINFONI ist ein von der ESO entwickeltes Modul für Adaptive Optik – ein Verfahren, dass verformbare Spiegel benutzt, um einen Großteil der Bildverzerrungen, die sich aus Turbulenzen in der Erdatmosphäre ergeben und unter anderem auch für das Funkeln der Sterne am Nachthimmel verantwortlich sind, auszugleichen. Für dieses Verfahren wird ein Referenzstern ausreichender Helligkeit benötigt; der von den Max-Planck-Instituten für extraterrestrische Physik und für Astronomie entwickelte Laser PARSEC erzeugt einen künstlichen Referenzstern, indem er in einer bestimmten Atmosphärenschicht Natriumatome zum Leuchten anregt.
Die Galaxie J090543.56+043347.3 wurde mit rund zwei Stunden Beobachtungszeit untersucht. Insgesamt wurden für dieses Projekt 80 Stunden Beobachtungszeit bewilligt.
Was machte die hier beschriebenen Messungen besonders schwierig?
Bei einer derart großen Entfernung ist die Galaxie J090543.56+043347.3 nur rund eine Bogensekunde groß – das entspricht dem scheinbaren Durchmesser einer CD oder DVD, die aus 25 Kilometern Abstand betrachtet wird. Um die Bewegung der Gaswolken der Galaxie nachweisen zu können, müssen verschiedene Regionen der Galaxie abgebildet und deren Spektren bestimmt werden. Das war mit der für die Bestimmung der dynamischen Masse nötigen Klarheit und Detailschärfe nur durch die Kombination eines räumlich auflösenden Spektrografen und Adaptiver Optik mit Laserleitstern möglich.
J090543.56+043347.3 ist eine aktive Galaxie, also eine Galaxie, deren Zentralregion intensive Strahlung aussendet. Das ist unvermeidbar, da sich nur für solche Galaxien die Masse des zentralen Schwarzen Lochs bestimmen lässt. Die Bestimmung der dynamischen Masse der Galaxie wird dadurch allerdings beträchtlich erschwert, da die Forscher das helle Licht des Galaxienkerns einerseits und das Licht der Gaswolken der Galaxie andererseits sauber auseinanderhalten müssen.
Insgesamt haben Katherine Inskip und ihre Kollegen das Licht von mehr als 400 verschiedenen Bildpunkten analysiert, um aus den Spektren die Geschwindigkeitsstruktur der Gaswolken zu bestimmen und daraus die dynamische Masse der gesamten Galaxie abzuleiten.
Haben sich Galaxien in den vergangenen neun Milliarden Jahren gar nicht verändert?
Das schon, aber anscheinend nicht in einer Art und Weise, die die Beziehung zwischen ihrer Gesamtmasse und der Masse ihres zentralen Schwarzen Lochs verändert hätte. In dem hier untersuchten Fall fanden die Forscher, dass sich die Veränderungen der aktiven Galaxie J090543.56+043347.3 auf eine Art Umsortieren der Umlaufbahnen der Sterne und Gaswolken beschränkt haben. Das zentrale Schwarze Loch dürfte nur unwesentlich gewachsen sein, und die Anzahl der neu gebildeten Sterne sollte auch vergleichsweise klein gewesen sein.