Kosmischer Jet nahe einem Schwarzen Loch entdeckt


Nach einer Pressemitteilung des Hubble Space Telescope Science Institute

Astronomen des Space Telescope Science Institute und ihre Mituntersucher konnten ihren ersten flüchtigen Blick auf die mysteriöse Region nahe eines Schwarzen Lochs im Herzen einer entfernten Galaxie werfen, wo ein kraftvoller Strom aus subatomaren Partikeln in Form eines Strahls oder Jets  mit annähernd Lichtgeschwindigkeit  ausgeschleudert wird, der dann geradewegs Tausende von Lichtjahren weit reicht. Die Astronomen verwendeten Radioteleskope in Europa und den USA, einschließlich dem Very Long Baseline Area (VLBA) der National Science Foundation (NSF), um die detailliertesten Bilder anzufertigen, die jemals im Zentrum der etwa 50 Mio. Lichtjahre entfernten Galaxie M 87 gemacht worden waren.

"Es ist das erste Mal, dass irgend jemand die Region sah, in der ein kosmischer Jet zu einem schmalen Strahl geformt wurde," sagte Bill Junor von der University of New Mexico, Albuquerque. "Wir hatten immer dahingehend spekuliert, dass der Jet durch Mechanismen verursacht wird, die relativ nah beim Schwarzen Loch liegen, aber das was wir sahen, war nah und näher am Zentrum, wir bekamen einen nahezu ausgeformten Strahl zu sehen. Dies war verwirrend, weil wir von Stellen  an denen der Formierungs-Mechanismen stattfand ausgingen, von denen wir wußten, dass es sie geben mußte.

Junor zeigte zusammen mit John Biretta und Mario Livio vom Space Telescope Science Institute in Baltimore, MD, nun, dass der Jet von M 87 innerhalb einiger Zehntel eines Lichtjahres des Galaxien-Kerns gebildet wurde, von dem vermutet wird, dass er ein Schwarzes  Loch von dreimilliardenfacher Sonnenmasse ist. In seiner Bildungsregion in einem Winkel von etwa 60 Grad in der Nähe des Schwarzen Lochs wird der Jet weit geöffnet gesehen, doch  in einer Entfernung von einigen Lichtjahren ist er auf nur sechs Grad zusammengedrückt.

"Der 60-Grad-Winkel des inneren Teils des Jets von M87 ist der größte derartiger Winkel, die bis jetzt im Universum gesehen wurden," sagte Junor. "Wir fanden dies dadurch heraus, dass wir den Jet bis innerhalb einiger Hundertstel eines Lichtjahres des Galaxienkerns sehen konnten - eine noch nie dagewesenes Detailstufe. " Die Wissenschaftler berichteten in der Ausgabe des Journals Nature vom 28. Oktober von ihren Befunden.

Im Zentrum von M87 wird das Material, das durch die starke Gravitation des Schwarzen Lochs ins Innere gezogen wird, zu einer sich schnell drehenden flachen Scheibe, der sogenannten Zuwachs-Scheibe, geformt. Man nimmt an, dass subatomare Partikel die Pole der Scheibe nach außen drücken. Die Wissenschaftler glauben, dass die Magnetfelder in der Scheibe entsprechend der Drehung der Scheiben dicht gedreht werden  und dann die elektrisch geladenen Partikel in ein Paar naher Jets führen.

"Unser neues Bild von M87 unterstützt diese Idee der Magnetfelder, die einen Partikelstrom in einem schmalen Jet bilden,", sagte Biretta.

Jets wie jener, den wir in M87 sahen, können in zahlreichen Galaxien im gesamten Universum auftauchen. "Wenn wir begreifen, warum M87s Jet gebildet und geformt wurde, kann dies auf andere angewandt werden", sagte Livio. Diese Jets stammen aus Radiogalaxien, und Quasare sind unter den größten 'Teilchen-Beschleunigern' des Universums, doch wir verstehen noch nicht völlig, wie sie arbeiten. Diese neue Information wird den Wissenschaftlern helfen, die Physik dieser kraftvollen 'Maschinen' zu entschlüsseln," fügte er hinzu.

Wir können solche Jets in großer Entfernung, sogar Milliarden Lichtjahre weit weg, sehen," sagte Junor. Sie faszinieren uns, weil sie uns zeigen, wie die Natur auf irgend eine Weise die Zuwachs-Disk und den Jet verwenden, um Energie aus der enormen Gravitation eines Schwarzen Lochs abzuzapfen und als Energie zu gebrauchen, die andere Regionen in der Galaxie "erleuchtet".

"Niemals hätten wir gedacht, dass dieses Jets vollständig ausgebildet sind," sagte Baretta. "Sie benötigen irgendeine Stelle, an dem sie die stabile Konfiguration erreichen, wie wir an größeren Skalen sehen. Wir haben nun diesen Platz zum ersten Mal gesehen, und dies wird uns helfen, zu zeigen, welche theoretischen Modelle richtig sein könnten." Er fügte hinzu, "dass sicherlich Magnetfelder meistens eine Rolle spielen" und sagte, dass man mittels zukünftiger Radioteleskop-Beobachtungen versuchen könnte, Beweise für die Magnetfelder zu finden.

Die Astronomen studierten M87, weil es eine der nächstgelegenen jetausstrahlenden Galaxien ist und weil seine starke Radiostrahlung ein exzellentes Ziel für Radioteleskope ist. Zusätzlich zum VLBA, einem landesweiten Radioteleskop-System, verwendeten sie das Very Large Array der NSF, ein Radioteleskop nahe Socorro, NW, sowie Radioteleskope in Deutschland, Italien, Finnland, Schweden und Spanien. Die Signale aus all den Teleskopen  wurden kombiniert, um ein Bild mit extrem hoher Auflösung oder der Möglichkeit, feine Detail unterscheiden zu können, zu erstellen.  Die Kombination von Radioteleskopen bildete bildlich gesprochen ein Teleskop von der Größe der Erde. Zusätzlich zur Verwendung vom VLBA der NSF, erhielt Junor von der NSF finanzielle Unterstützung für seine Forschungen. Biretta und Livio erhielten Unterstützung von der NASA.

Beide Radio-Beobachtungen mit dem VLBA, sowie optische Beobachtungen mit dem Hubble Space Telescope maßen die Bewegungen von Material-Konzentrationen in M87s Jets und zeigten das bewegte Material mit scheinbaren Geschwindigkeiten, die höher als die des Lichts sind. Diese "Superleucht"-Bewegung ist eine geometrische Illusion, die durch Material, das nahe bei, jedoch unter der Lichtgeschwindigkeit entsteht, sich jedoch in Richtung Erde bewegt.

M 87 ist Radioastronomen ebenso als Virgo A bekannt, dem stärksten Radiowellensender im Sternbild Virgo (Jungfrau). Die Galaxie wurde 1781 durch den französischen Astronomen Charles Messier entdeckt. Der Jet wurde erstmals 1918 von einem Astronomen des Lick Observatoriums - Heber Curtus - gesehen, der ihn als "einen kuriosen geradlinigen Strahl" beschrieb. Die Radio-Strahlung wurde erstmals 1948/49 durch astronomische Astronomen entdeckt. M87 ist die größte von Tausenden von Galaxien im Virgo-Galaxien-Haufen. Die lokale Galaxiengruppe, zu der unsere eigenen Milchstraße gehört, liegt in den Randgebieten des Virgo-Sternhaufens.

Das VLA und das VLBA sind  Instrumente des National Astronomy Observatory, eine Einreichung der National Science Foundation, die unter einem Kooperationsabkommen mit Associated Universities, Inc. steht. Das Space Telescope Science Institute wird durch die Association of Universities for Research in Astronomie, Inc. für die NASA geführt - unter Vertrag mit dem Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, MD.

Die nachfolgend besprochene Bilder finden Sie hier.
 

Foto-Nr. STScI-PRC99-43a:
Aufschlussreicher Blick in den Jet eines Schwarzen Lochs

Oben links: Dies Radio-Darstellung der Galaxie M87, aufgenommen mit dem Very Large Array (VLA)-Radio Teleskop im Februar 1989, zeigt riesige blasenförmige Strukturen, wo Radio-Strahlungen angenommen werden, die aus dem zentralen Schwarzen Loch der Galaxie stammenden Jets aus subatomaren Teilchen angetrieben werden. Die Falschfarbe stimmt mit der Intensität der durch den Jet ausgestrahlten Radio Energie überein. M 87 befindet sich 50 Mio. Lj. entfernt im Sternbild Jungfrau.

Herausgeber: National Radio Astronomy Oberservatory/National Science Foundation

Oben rechts: Ein auf der riesigen elliptischen Galaxie M87 sichtbares Licht, das im Februar 1998 mit der Wide Field Planetary Camera 2 des Hubble Space Telescope aufgenommen wurde, enthüllt einen strahlenden Jet aus sich schnell bewegender Elektronen, die aus dem Kern (die diagonale Linie durch das Bild) ausgestrahlt werden. Der Jet wird durch ein Schwarzes Loch von dreimilliardenfacher Sonnenmasse produziert.

Herausgeber: NASA und John Biretta (STScI/JHU)

Unten: Eine Radioaufnahme des Very Long Baseline Array (VLBA) der Region nahe des Schwarzen Lochs , wo ein extralgalatischer Jet zu einem schmalen Strahl durch magnetische Felder gebildet wird. Die Falsch-Farbe entspricht der Intensität der Radio-Energie, die durch den Jet ausgestrahlt wird. Die rote Region hat einen Durchmesser von etwa 1/10 Lj. Das Bild wurde im März 1999 aufgenommen.

Herausgeber: National Radio Astronomie Oberservatory/Associated Universities. Inc.
 

Photo: STScI-PRC99-34b (Illustration):
 
 

An der Quelle eines extragalaktischen Jets

Künstlerische Darstellung der Formierungs-Region des Jets von M87. Eine Zuwachs-Scheibe (rot-gelb) umgibt das Schwarze Loch, und seine magnetischen Feldlinien drehen sich dicht, um die Ergüsse aus subatomaren Partikel zu dem schmalen Jet zu führen. Der Jet ist nahe des Schwarzen Lochs weit geöffnet, wird dann innerhalb einer Entfernung von einem Lj. zum schwarzen Loch zu einem schmaleren Strahl.

Herausgeber: NASA und Ann Feild (Space Telescope Science Institute)


Übersetzt durch Roland M. Horn

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