Galaxien im nahen Universum, wie auch unsere eigene, beherbergen anscheinend ein supermassives Schwarzes Loch in ihrem Zentrum, das die Struktur und Entwicklung dieser Galaxien unterstützt. Sie sind die Antriebskraft von Quasaren, den hellsten Objekten im Universum, oder auch von superluminischen Jets, die in einigen Galaxien beobachtet werden.
Auf dieser Illustration der Expansion des Universums ist unten links die Gastgebergalaxie unseres Schwarzen Lochs und unten rechts die spektro-astrometrische Signatur platziert, die es GRAVITY+ am VLTI (rechts) ermöglicht hat, die Masse dieses Schwarzen Lochs zu messen.
© Originalkomposition: T. Shimizu; Bild "Expansion des Universums": NASA/WMAP-Team; Illustration eines Quasars: ESO/ M. Kornmesser; VLTI-Interferometer: ESO/G. Hüdepohl.
Die Frage der Koentwicklung von Galaxien und den Schwarzen Löchern in ihrem Kern ist zentral für das Verständnis dieser Objekte, aber die zugrundeliegenden Mechanismen sind schlecht bekannt. Die Hauptdiagnose basiert auf dem Vergleich des Wachstums des zentralen Schwarzen Lochs und der Wirtsgalaxie. Eine direkte Messung der Masse von Schwarzen Löchern aus verschiedenen kosmischen Zeitaltern ist daher entscheidend, um diese Koentwicklung zu verfolgen und zu analysieren.
Wir kennen die Masse des zentralen Schwarzen Lochs unserer Galaxie dank des Instruments GRAVITY und der Messung von Sternbahnen ganz in seiner Nähe. Dieses Instrument hatte auch die Masse einiger Schwarzer Löcher in relativ nahen Quasaren gemessen. Der nächste Schritt war, diese Technik auf das ferne Universum auszuweiten, um eine breite Palette kosmischer Zeitalter abzudecken, insbesondere den Höhepunkt der Galaxienbildung zwei Milliarden Jahre nach dem Big Bang, also vor etwa 10 Milliarden Jahren.
Dies ist das Hauptziel des Projekts GRAVITY+, einer Erweiterung der Fähigkeiten des VLTI und des GRAVITY, das von einem internationalen Team durchgeführt wird, an dem das CNRS Terre & Univers beteiligt ist.
Mit GRAVITY+ konnte das Team erstmals direkt die Masse eines Schwarzen Lochs in den frühesten Phasen der Entwicklung des Universums messen, nur 2 Milliarden Jahre nach dem Big Bang, was der Zeit entspricht, in der die Galaxien begannen, sich zu strukturieren (der "kosmische Mittag" oder Cosmic Noon).
Dieses Schwarze Loch, das sich im Zentrum der Galaxie SDSS J092034.17+065718.0 befindet, hat eine gemessene Masse von 300 Millionen Mal der unserer Sonne. Diese enorme Masse ist jedoch mehr als zehnmal geringer als das, was das vorherrschende Modell der Koentwicklung von Schwarzem Loch und Galaxie vorausgesagt hatte. Dieses erste Ergebnis, das viele weitere ankündigt, eröffnet daher den Weg zu einer grundlegenden Überarbeitung der Mechanismen der Galaxienbildung und allem, was sie enthalten.
Referenz:
Abuter, R., Allouche, F., Amorim, A.
et al.
Eine dynamische Messung der Masse des Schwarzen Lochs in einem Quasar vor 11 Milliarden Jahren.
Nature (2024).
Quelle: CNRS INSU