Kalibrierung von Schwarzlochmassen und deren Galaxienkorrelationen bis ins frühe Universum

• Antragsteller: Dr. Knud Jahnke, seit 5/2022
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437672511

Schwarze Löcher die mehrere Millionen Sonnenmassen schwer sind, existieren höchstwahrscheinlich im Zentrum fast jeder Galaxie, so auch in unserer Milchstraße. Durch die genaue dynamische Bestimmung ihrer Massen in nahen Galaxien konnte eine klare Korrelation zwischen den Schwarzlochmassen und einigen Eigenschaften der Muttergalaxien selbst, wie die stellare Geschwindigkeitsdispersion oder die stellare Masse, nachgewiesen werden. Wie diese Relationen entstanden sind ist Gegenstand aktiver Forschung, wobei zwei unterschiedliche Modelle miteinander konkurrieren. Zum einen besteht die Möglichkeit der Kopplung zwischen aktiven schwarzen Löchern (kurz AGN) und der Sternentstehung, zum anderen die Hypothese der Mittelung von Schwarzlochmassen und Galaxieneigenschaften durch das häufige Verschmelzen von Galaxien. Um beide Theorien unterscheiden zu können, ist es essenziell die Evolution der Relationen über die kosmische Geschichte genau vermessen zu können. Die Schwarzlochmasse kann in AGN sehr einfach über ihre Spektren bestimmt werden. Allerdings ist der Virialfaktor f nur für massearme schwarze Löcher empirisch gut bestimmt. Es ist daher von großem Interesse f auch für massereiche schwarze Löcher zu bestimmen, da die meisten detektierten schwarzen Löcher schon im frühen Universum bereits eine hohe Masse besitzen können. Im vorgeschlagenen Projekt wollen wir daher gezielt drei Aspekte der Korrelation zwischen Schwarzlochmassen und Muttergalaxien untersuchen: 1) Wir benutzen 3D Spektroskopie um die Geschwindigkeitsdispersion in leuchtkräftigen AGN mit massereichen schwarzen Löchern sehr genau zu bestimmen, um damit eine robuste Kalibrierung von f zum ersten Mal auch für massereiche schwarze Löcher zu ermöglichen; 2) wir werden mit Hilfe der neuen adaptiven Optik des MUSE Instrumentes das Zusammenspiel von Gasflüssen zum AGN und die Rückkoppelung der AGN Strahlung mit einer räumlich Auflösung von 20pc im AGN Mrk1044 untersuchen, um die Bildung der Korrelationen unter extremen Bedingung zu verstehen; 3) wir werden die Spektren von AGN benutzen um die Metallizität des ionisierten Gases zu bestimmen welche unter bestimmten Voraussetzungen als sekundärer Indikator der stellaren Masse von den Muttergalaxien dienen kann. Dadurch würde es ermöglicht aus AGN Spektren alleine sowohl die Schwarzlochmasse als auch die Galaxieneigenschaften zu charakterisieren. Alle drei Aspekte sind aufgrund der ähnlichen Beobachtungsverfahren und wissenschaftlichen Zielsetzung sehr eng miteinander verbunden. Die gewonnenen Ergebnisse legen dabei eine wichtigen Grundstein, um die geplanten spektroskopischen Durchmusterungen mit dem neuen James Webb Weltraumteleskop auszuwerten und damit die Verbindung von schwarzen Löchern und ihren Muttergalaxien bis ins frühe Universum zu verfolgen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Kooperationspartnerin: Professorin Dr. Vardha Nicola Bennert
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Bernd Husemann, bis 4/2022