Einheitliches Rezept für Quasare
Nur zwei Parameter entscheiden über Eigenschaften der leuchtkräftigen Objekte.
Quasare sind supermassive Schwarze Löcher in den Zentren großer Galaxien, die Materie akkretieren. Das sichtbare Licht der Quasare stammt vor allem aus zwei Quellen. Die Kontinuumsstrahlung stammt von der heißen Akkretionsscheibe. Und die diskrete Linienemission kommt von Gaswolken in der Umgebung, die von der Strahlung der Akkretionsscheibe ionisiert sind. Viele spektrale Eigenschaften der Quasare zeigen systematische Korrelationen. Das deutet darauf hin, dass die zugrunde liegenden Prozesse von einem einzigen Parameter abhängen. Und zwar von der Effektivität der Energieerzeugung, quantifiziert durch das Eddington-Verhältnis. Es beschreibt, welchen Anteil des maximalen Werts, des Eddington-Limits, die Leuchtkraft des Quasars erreicht. Am Eddington-Limit gleicht der Strahlungsdruck die Schwerkraft gerade aus, eine stärkere Akkretion ist daher nicht möglich.
Abb.: Jeder Punkt ein Quasar: Über die Quasareigenschaften entscheiden nur zwei Größen, die Orientierung und das Eddington-Verhältnis. Die Farbe kodiert das Intensitätsverhältnis zwischen zwei Emissionslinien im Quasarspektrum. (Bild: Y. Shen / NPG)
Neben den Linienstärken liefern auch die Breiten der Emissionslinien wichtige Informationen. Denn die Ursache der Linienverbreiterung ist die Bewegung der Gaswolken im Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs, die Linienbreite hängt also von dessen Masse ab – aber auch von der zumeist unbekannten Orientierung der Rotationsachse von Schwarzem Loch und Akkretionsscheibe.
Yue Shen und Luis Ho von der Universität Beijing haben nun die Spektren von 20.000 Quasaren mit breiten Emissionslinien aus dem Sloan Digital Sky Survey einer ausführlichen statistischen Analyse unterzogen. Als Basisgrößen verwendeten die Forscher einerseits RFeII, das Verhältnis der Linienstärke von einfach ionisiertem Eisen zur Hβ-Linie, das zugleich ein Maß für das Eddington-Verhältnis ist. Und andererseits FWHMHβ, die Breite dieser Balmerlinie, die für die Orientierung des Schwarzen Lochs steht. Als nächstes tragen die Forscher farblich kodiert die Breite der [O III]-Linie mit einer Wellenlänge von 550,7 Nanometern in das RFeII- FWHMHβ-Diagramm ein. Es ergibt sich keine regellose Punktwolke, sondern es entstehen als Indiz der starken Korrelationen Linien konstanter Farbe, also Breite der Sauerstoff-Linie. Auch andere schmale, verbotene Spektrallinie zeigen ähnliche Trends, wie das Forscher-Duo zeigt.
Das Schema von Shen und Ho erlaubt Astronomen künftig, aus relativ leicht messbaren Größen – dem Intensitätsverhältnis und der Breite von Emissionslinien im Spektrum eines Quasars – auf seine physikalischen Eigenschaften, die Effektivität seiner Energieerzeugung und seine Lage im Raum, zu schließen. Zudem deuten die Ergebnisse der beiden Forscher erstmalig auf einen Zusammenhang zwischen der großräumigen Umgebung der Quasare und ihrem Eddington-Verhältnis. Das Verhalten der supermassiven Schwarzen Löcher ist offenbar eng an die Entwicklung von Galaxien und Galaxienhaufen gebunden.
Rainer Kayser
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