Wieso vermutet man im Zentrum von M87 ein gigantisches schwarzes Loch (F2)? Dieser Schluss drängt sich auf, wenn man die Frequenzverschiebung des um das Zentrum rotierenden Gasnebels analysiert. Wenn sich dieser von der Erde wegbewegt, ist das Spektrum rotverschoben (Maximum bei 501,5 nm), wenn ersieh auf die Erde zu bewegt, ist es blauverschoben (499,8 nm; Abb. 43.3).
| Galaxie M87 |
Angenommen, die Wellenlänge nimmt im gleichen Ausmaß zu und ab. Die Ruhewellenlänge ($\lambda_R$) wäre dann der Mittelwert, also 500,7 nm. Wenn man für $f=\frac{c}{\lambda}$ einsetzt, erhält man:
$\frac{f_B}{f_R} = \frac{\lambda_R}{\lambda_B} = \frac{500,7 nm}{449,8 nm} = 1,0018 = $
$= \frac{1+v/c}{1-v/c} = 1,0036 = \frac{1+v/c}{1-v/c}$
Durch Umformen ergibt sich dann (rechne nach)
$v = c\cdot \frac{1,0036-1}{1,0036+1} = 5,4\cdot 10^5 $ m/s
Das ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Nebel um das Zentrum bewegt. Damit er eine Kreisbahn beschreiben kann, muss die Gravitationskraft die nötige Zentripetalkraft liefern. Es muss also gelten:
$\frac{GMm}{r^2} = \frac{mv^2}{r}\Rightarrow \frac{v^2r}{G}$
Der Radius der rotierenden Gasscheibe beträgt an der beobachteten Stelle 100 Lichtjahre, also $9,46\cdot 10^{17}$ m.
Für die Zentralmasse ergibt sich dann: $M =\frac{v^2 r}{G} = \frac{(4,5\cdot 10^5)^2\cdot 9,46\cdot 10^{17}}{6,67\cdot 10^{-11}}=4,13\cdot 10^{39}$ kg
Die Sonnenmasse beträgt $2\cdot 10^{30}$ kg. Im Zentrum von M87 befindet sich also ein Objekt mit etwa 2 Milliarden Sonnenmassen!!! Mit hoher Wahrscheinlichkeit handelt es sich also um ein superschweres schwarzes Loch.