NASA’s Webb liefert beispiellosen Einblick in das Herz der Circinus-Galaxie

Originalveröffentlichung am 13.01.2026 zu finden unter: https://science.nasa.gov/mission/webb/latestnews/

Zusammenfassung: Eine spezielle Technik könnte die bisherigen Annahmen der Wissenschaftler darüber, wie viel Material Schwarze Löcher ausstoßen, verändern

Es ist bekannt, dass supermassereiche Schwarze Löcher in ihren aktivsten Phasen sowohl Materie aufnehmen als auch ausstoßen. Auf der Grundlage früherer Beobachtungen stellten Astronomen die Theorie auf, daß das aktive Schwarze Loch in Circinus viel mehr Materie in Form von Ausflüssen ausstieß, als es aufnahm. Ein hochspezialisierter Beobachtungsmodus des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA hat jedoch begonnen, bei einigen Astronomen die Meinung über die Menge an Materie zu ändern, die durch Ausflüsse aus einigen Schwarzen Löchern verloren geht.

Die Circinus-Galaxie, eine etwa 13 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie, enthält ein aktives supermassereiches Schwarzes Loch, das weiterhin ihre Entwicklung beeinflußt. Als größte Quelle für Infrarotstrahlung aus dem Bereich, der dem Schwarzen Loch selbst am nächsten liegt, galten bisher Ausflüsse oder Ströme überhitzter Materie, die nach außen schießen.

Nun liefern neue Beobachtungen des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA, hier zu sehen mit einem neuen Bild des Hubble-Weltraumteleskops der NASA, Beweise, die diese Annahme widerlegen und darauf hindeuten, daß der größte Teil des heißen, staubigen Materials tatsächlich das zentrale Schwarze Loch speist. Die zur Erfassung dieser Daten verwendete Technik bietet auch die Möglichkeit, die Ausfluß- und Akkretionskomponenten anderer nahegelegener Schwarzer Löcher zu analysieren.

Die Forschungsergebnisse, darunter das schärfste Bild der Umgebung eines Schwarzen Lochs, das jemals von Webb aufgenommen wurde, wurden am Dienstag in Nature Communications veröffentlicht.

Frage zum Ausfluß

Supermassereiche Schwarze Löcher wie die in Circinus bleiben aktiv, indem sie umgebende Materie verschlingen. Einfallendes Gas und Staub sammeln sich zu einem donutförmigen Ring um das Schwarze Loch, der als Torus bekannt ist. Wenn supermassereiche Schwarze Löcher Materie von den Innenwänden des Torus sammeln, bilden sie eine Akkretionsscheibe, ähnlich einem Wasserstrudel, der um einen Abfluß wirbelt. Diese Scheibe wird durch Reibung immer heißer und wird schließlich so heiß, daß sie Licht ausstrahlt.

Diese leuchtende Materie kann so hell werden, daß es schwierig ist, Details im Zentrum der Galaxie mit bodengestützten Teleskopen zu erkennen. Dies wird durch das helle, verdeckende Sternenlicht innerhalb von Circinus noch erschwert. Da der Torus außerdem unglaublich dicht ist, wird der innere Bereich des vom Schwarzen Loch erhitzten einfallenden Materials aus unserer Sicht verdeckt. Jahrzehntelang kämpften Astronomen mit diesen Schwierigkeiten und entwickelten und verbesserten Modelle von Circinus mit so vielen Daten, wie sie sammeln konnten.

„Um das supermassereiche Schwarze Loch zu untersuchen, mußten sie, obwohl sie es nicht auflösen konnten, die Gesamtintensität des inneren Bereichs der Galaxie über einen großen Wellenlängenbereich erfassen und diese Daten dann in Modelle einspeisen“, sagte der Hauptautor Enrique Lopez-Rodriguez von der University of South Carolina.

Frühe Modelle passten zu den Spektren bestimmter Regionen, wie beispielsweise den Emissionen aus dem Torus, denen der dem Schwarzen Loch am nächsten gelegenen Akkretionsscheibe oder denen aus den Ausflüssen, die jeweils bei bestimmten Wellenlängen des Lichts nachgewiesen wurden. Da jedoch nicht die gesamte Region aufgelöst werden konnte, ließen diese Modelle bei mehreren Wellenlängen Fragen offen. Beispielsweise konnten einige Teleskope einen Überschuß an Infrarotlicht nachweisen, verfügten jedoch nicht über die erforderliche Auflösung, um genau zu bestimmen, woher dieses Licht kam.

„Seit den 90er Jahren ist es nicht möglich, die übermäßigen Infrarotemissionen zu erklären, die von heißem Staub im Kern aktiver Galaxien ausgehen, was bedeutet, daß die Modelle entweder nur den Torus oder nur die Ausflüsse berücksichtigen, aber diesen Überschuß nicht erklären können“, sagte Lopez-Rodriguez.

Solche Modelle ergaben, daß der größte Teil der Emissionen (und damit der Masse) in der Nähe des Zentrums aus Ausflüssen stammte. Um diese Theorie zu überprüfen, benötigten die Astronomen zwei Dinge: die Fähigkeit, das Sternenlicht zu filtern, das zuvor eine tiefere Analyse verhindert hatte, und die Fähigkeit, die Infrarotemissionen des Torus von denen der Ausflüsse zu unterscheiden. Webb, das empfindlich und technologisch ausgereift genug war, um beide Herausforderungen zu meistern, war notwendig, um unser Verständnis voranzubringen.

Webb’s innovative Technik

Um in das Zentrum von Circinus zu blicken, benötigte Webb das Aperture Masking Interferometer seines NIRISS-Instruments (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph).

Auf der Erde haben Interferometer in der Regel die Form von Teleskopanordnungen: Spiegel oder Antennen, die zusammenarbeiten, als wären sie ein einziges Teleskop. Ein Interferometer tut dies, indem es das Licht von der Quelle, auf die es gerichtet ist, sammelt und kombiniert, wodurch die elektromagnetischen Wellen, aus denen das Licht besteht, miteinander „interferieren” (daher „Interferometer”) und Interferenzmuster erzeugen. Diese Muster können von Astronomen analysiert werden, um die Größe, Form und Eigenschaften entfernter Objekte viel detaillierter zu rekonstruieren als mit nicht-interferometrischen Techniken.

Das Aperture Masking Interferometer ermöglicht es Webb, zu einer Anordnung kleinerer Teleskope zu werden, die als Interferometer zusammenarbeiten und selbst diese Interferenzmuster erzeugen. Dazu nutzt es eine spezielle Blende aus sieben kleinen, sechseckigen Löchern, die wie in der Photographie die Menge und Richtung des Lichts steuert, das in die Detektoren des Teleskops eintritt.

„Diese Löcher in der Maske werden zu kleinen Lichtsammlern, die das Licht zum Detektor der Kamera leiten und ein Interferenzmuster erzeugen“, erklärt Joel Sanchez-Bermudez, Mitautor der Studie an der Nationalen University of Mexico.

Mit den neuen Daten konnte das Forschungsteam ein Bild aus den Interferenzmustern der zentralen Region erstellen. Dazu griffen sie auf Daten aus früheren Beobachtungen zurück, um sicherzustellen, daß ihre Daten von Webb frei von Artefakten waren. Das Ergebnis war die erste extragalaktische Beobachtung mit einem Infrarot-Interferometer im Weltraum.

„Durch die Verwendung eines fortschrittlichen Bildgebungsmodus der Kamera können wir ihre Auflösung über einen kleineren Bereich des Himmels effektiv verdoppeln“, sagte Sanchez-Bermudez. „Dies erlaubt uns, doppelt so scharfe Bilder sehen. Anstelle von Webb’s Durchmesser von 6,5 Meter ist es, als würden wir diesen Bereich mit einem 13 Meter großen Weltraumteleskop beobachten.“

Die Daten zeigten, daß entgegen den Modellen, die vorhersagen, daß der Infrarotüberschuß von den Ausflüssen stammt, ungefähr 87 % der Infrarotemissionen von heißem Staub in Circinus aus den Bereichen stammen, die dem Schwarzen Loch am nächsten liegen, während weniger als 1 % der Strahlung von heißen staubigen Ausflüssen stammen. Die restlichen 12 % stammen aus weiter entfernten Bereichen, die zuvor nicht unterschieden werden konnten.

„Es ist das erste Mal, daß ein hoher Kontrastmodus von Webb verwendet wurde, um eine extragalaktische Quelle zu betrachten“, sagte Julien Girard, Mitautor der Studie und leitender Wissenschaftler am Space Telescope Science Institute. „Wir hoffen, daß unsere Arbeit andere Astronomen dazu inspiriert, den Modus des Aperture Masking Interferometer zu nutzen, um schwache, aber relativ kleine, staubige Strukturen in der Nähe von hellen Objekten zu untersuchen.“

Das Universum der Schwarzen Löcher

Das Rätsel um die übermäßigen Emissionen von Circinus ist zwar gelöst, doch gibt es in unserem Universum Milliarden von Schwarzen Löchern. Das Team merkt an, daß diejenigen mit unterschiedlicher Leuchtkraft einen Einfluß darauf haben könnten, ob der Großteil der Strahlung aus dem Torus eines Schwarzen Lochs oder aus dessen Ausflüssen stammt.

„Die intrinsische Helligkeit der Akkretionsscheibe von Circinus ist sehr moderat“, sagte Lopez-Rodriguez. „Daher ist es sinnvoll, daß die Emissionen vom Torus dominiert werden. Aber vielleicht werden die Emissionen bei helleren Schwarzen Löchern vom Ausfluß dominiert.“

Mit dieser Forschung verfügen Astronomen nun über eine bewährte Technik, um beliebige Schwarze Löcher zu untersuchen, sofern diese hell genug sind, damit das Aperture Masking Interferometer eingesetzt werden kann. Die Untersuchung weiterer Objekte ist unerläßlich, um einen Katalog mit Emissionsdaten zu erstellen und herauszufinden, ob die Ergebnisse von Circinus einzigartig sind oder einem Muster folgen.

„Wir brauchen eine statistische Stichprobe von Schwarzen Löchern, möglicherweise ein Dutzend oder zwei Dutzend, um zu verstehen, wie die Masse in ihren Akkretionsscheiben und ihre Ausflüsse mit ihrer Leistung zusammenhängen“, sagte Lopez-Rodriguez.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraumorganisation).

Zentrum der Circinus-Galaxie (Künstlerischer Entwurf)

Dieser künstlerische Entwurf zeigt den zentralen Motor der Circinus-Galaxie.

Im Zentrum befindet sich das supermassereiche Schwarze Loch, das als heller, kompakter Kern dargestellt ist. Man sieht nicht das Schwarze Loch selbst, sondern das intensive Leuchten von Material, das sich auf seinem spiralförmigen Weg nach innen erhitzt. Das Zentrum ist von einer dicken, donutförmigen Scheibe aus Gas und Staub (dem Torus) umgeben. In Circinus ist dieser Torus bei einem Durchmesser von etwa 16 Lichtjahren optisch dicht, was bedeutet, daß sichtbares Licht ihn nicht durchdringen kann.

Die Darstellung betont, daß diese staubige Struktur in der Nähe des Schwarzen Lochs am hellsten ist, was mit den neuesten Erkenntnissen des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA übereinstimmt, wonach der größte Teil des Lichts von heißem Staub stammt, der das Schwarze Loch speist, anstatt weggeblasen zu werden.

Die schmalen, hellen Strahlen, die nach außen schießen, repräsentieren Jets, Ströme von energiereichem Material, die senkrecht zur Scheibe ausgestoßen werden.

Das sanfte, diesige Leuchten um alles herum stellt die umgebende Galaxie und diffuses Material dar.

Circinus-Galaxie (Hubble und Webb)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Circinus-Galaxie, ESO 97-G13
• Objektbeschreibung: Seyfert-Galaxie vom Typ II
• Rektaszension: 14:13:09.91
• Deklination: -65:20:20.5
• Sternbild: Circinus
• Entfernung: Etwa 13 Millionen Lichtjahre
• Abmessung: Das Hubble-Bild hat einen Durchmesser von 2,15 Bogenminuten (etwa 8.000 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: Webb > NIRISS – Hubble> WFPC2, WFC3/UVIS – Blanco/CTIO> DECam
• Filter: Webb> F380W, F430W, F480W
• Filter: Hubble> F475W, F606W, F625W, F656N, F814W
• Filter: DECam> F473W, F642W, F784W (Füllfarbe)
• Bild
• Farbinformation: Diese Bilder wurden mit dem NIRISS-Instrument des Webb-Weltraumteleskops, den Instrumenten WFC3/UVIS und WFPC2 des Hubble-Weltraumteleskops und der Dark Energy Camera (DECam) des Victor M. Blanco 4m-Teleskops aufgenommen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu einem monochromatischen (Graustufen-)Bild. In diesem Fall wurden folgende Farben zugewiesen:
• Webb> Blau: F380W Grün: F430W Rot: F480W
• Hubble> Cyan: F475W Orange: F625W Rot: F606W+F656N
• Chip-Lücken mit F656N und F814W gefüllt
• Der obere Teil des Hubble-Bildes verwendet DECam für die Farben:
• Blau: F475W Grün: F642W Rot: F784W und F606W für die Leuchtkraft

Über das Bild: Dieses Bild von NASA’s Hubble-Weltraumteleskop zeigt eine Gesamtansicht der Circinus-Galaxie, einer nahen Spiralgalaxie in etwa 13 Millionen Lichtjahren Entfernung. Die Einblendung zeigt eine Nahaufnahme des Galaxienkerns von Webb, wo Infrarotbeobachtungen den Staub durchdringen und heißes Material sichtbar machen, das das zentrale supermassive Schwarze Loch speist. Das Webb-Bild, das mit dem Aperture Masking Interferometer (AMI) des NIRISS-Instruments (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) aufgenommen wurde, isoliert heißen Staub in der unmittelbaren Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs und zeigt, daß der größte Teil der Infrarotstrahlung von einer kompakten, staubigen Struktur stammt, die das Schwarze Loch speist, und nicht von ausströmendem Material. Auf dem Webb-Bild leuchtet die Innenseite des Torus im Infrarotlicht, während die dunkleren Bereiche die Stellen darstellen, an denen der äußere Ring das Licht blockiert.

Circinus-Galaxie (Hubble und Webb Kompass-Ansicht)

• Fast Facts
• Objekt
• Objektname(n): Circinus-Galaxie, ESO 97-G13
• Objektbeschreibung: Seyfert-Galaxie vom Typ II
• Rektaszension: 14:13:09.91
• Deklination: -65:20:20.5
• Sternbild: Circinus
• Entfernung: Etwa 13 Millionen Lichtjahre
• Abmessung: Das Hubble-Bild hat einen Durchmesser von 2,15 Bogenminuten (etwa 8.000 Lichtjahre)
• Daten
• Instrument: Webb > NIRISS – Hubble> WFPC2, WFC3/UVIS – Blanco/CTIO> DECam
• Filter: Webb> F380W, F430W, F480W
• Filter: Hubble> F475W, F606W, F625W, F656N, F814W
• Filter: DECam> F473W, F642W, F784W (Füllfarbe)
• Bild
• Farbinformation: Diese Bilder wurden mit dem NIRISS-Instrument des Webb-Weltraumteleskops, den Instrumenten WFC3/UVIS und WFPC2 des Hubble-Weltraumteleskops und der Dark Energy Camera (DECam) des Victor M. Blanco 4m-Teleskops aufgenommen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuweisung verschiedener Farbtöne (Farben) zu einem monochromatischen (Graustufen-)Bild. In diesem Fall wurden folgende Farben zugewiesen:
• Webb> Blau: F380W Grün: F430W Rot: F480W
• Hubble> Cyan: F475W Orange: F625W Rot: F606W+F656N
• Chip-Lücken mit F656N und F814W gefüllt
• Der obere Teil des Hubble-Bildes verwendet DECam für die Farben:
• Blau: F475W Grün: F642W Rot: F784W und F606W für die Leuchtkraft

Über das Bild: Dieses Bild zeigt zwei Ansichten der Circinus-Galaxie, eine aufgenommen vom Hubble-Weltraumteleskop und die andere vom NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) des James-Webb-Weltraumteleskops. Es zeigt Kompasspfeile, Maßstab und Farblegende als Referenz.

Die Kompasspfeile für Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel. Beachten Sie, daß die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Verhältnis zu den Richtungspfeilen auf einer Karte der Erde (von oben gesehen) umgekehrt ist.

Die Maßstäbe sind in Parsec und Lichtjahren angegeben.

Dieses Bild zeigt optische und unsichtbare nahinfrarote Wellenlängen des Lichts, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewandelt wurden. Die Farblegende zeigt, welche Filter bei der Erfassung des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, die verwendet wird, um das Infrarotlicht darzustellen, das durch diesen Filter hindurchgeht.

Zoom in die Circinus-Galaxie

Dieses Zoom-in-Video zeigt die Position der Circinus-Galaxie am Himmel. Es beginnt mit einem bodengestützten Photo der Konstellation Circinus des verstorbenen Astrophotographen Akira Fujii. Das Video zoomt auf die Circinus-Galaxie heran und verwendet dabei Aufnahmen des Digitized Sky Survey und der Dark Energy Survey Camera des Víctor M. Blanco 4-Meter-Teleskops am Cerro Tololo Inter-American Observatory. Das Video landet auf dem Bild der Galaxie im sichtbaren Licht von NASA’s Hubble-Weltraumteleskop und zoomt dann im nahen Infrarotlicht mit NIRISS (Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph) des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA noch weiter auf das Bild des Galaxienkerns.