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QUASARE
Was kosmische Jets zum Leuchten bringt
von Stefan Deiters
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21. Juni 2006

Quasare, das wissen Astronomen schon seit einiger Zeit, sind die äußerst hellen Zentren entfernter Galaxien, in deren Inneren sich ein supermassereiches Schwarzes Loch verbirgt. Von solchen gewaltigen Schwerkraftfallen geht oft ein energiereicher Partikelstrom, ein so genannter kosmischer Jet, aus. Neue Beobachtungen lassen diese Jets nun noch geheimnisvoller erscheinen.

3C273

Der Quasar 3C273 (kleiner Punkt oben links) und der zugehörige Jet. Die Farben des Jets kennzeichnen verschiedene Wellenlängen. So erscheint Röntgenstrahlung blau und Radiostrahlung rot. Bild: S. Jester, D. E. Harris, H. L. Marshall und K. Meisenheimer

Gleich zwei neue Studien beschäftigen sich mit dem Quasar 3C273. Dieser ist für Astronomen schon ein alter Bekannter, war es doch der erste Quasar, den man 1963 entdeckte. Er verfügt über einen gewaltigen kosmischen Jet, also einen Teilchenstrom, der aus dem Zentrum des Quasars zu kommen scheint und über mehr als 100.000 Lichtjahre ins Weltall reicht. Die Strahlung, die der Jet dabei ausstrahlt ist allerdings nicht gleichmäßig. Er gibt Strahlung in den unterschiedlichsten Wellenlängenbereichen ab, deren Intensität zudem noch von Region zu Region verschieden ist. Eine Kernfrage ist daher für Astrophysiker, wodurch diese Strahlung entsteht. Eine Antwort darauf würde wiederum Rückschlüsse auf die Teilchen des Jets und auch auf seine Entstehung zulassen.

"Quasarjets sind sehr schwer zu beobachten", erläutert C. Megan Urry, Professor für Physik und Astronomie an der amerikanischen Yale University. "Zwar sind sie relativ hell, aber auch sehr weit entfernt. Aber jetzt gelang es durch die großen NASA-Teleskope, den Jet von 3C273 im Infraroten, im sichtbaren Bereich des Lichtes und im Röntgenbereich zu kartieren." Die neuen Daten deuten darauf hin, dass hochenergetische Partikel durch so genannte Synchrotronstrahlung für das Licht des Jets verantwortlich sind.

Es gibt zwei konkurrierende Theorien darüber, wie durch den Partikelstrom eines Jets Strahlung entstehen kann: Nach der einen These geschieht dies dann, wenn Teilchen des Jets auf Photonen der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung treffen. Eine andere Theorie besagt, dass extrem energiereiche Elektronen oder Protonen die Strahlung durch so genannte Synchrotronstrahlung erzeugen. Diese sehr intensive Strahlung wurde erstmals im Jahr 1947 nachgewiesen und entsteht, wenn sich beispielsweise Elektronen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in einem Magnetfeld bewegen.

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Das Team der Yale University hat das Infrarot-Weltraumteleskop Spitzer benutzt, um die schwache Infrarotstrahlung des Jets zu messen und zu analysieren. Durch diese Auswertung wurde erstmals die Verbindung zwischen der Abstrahlung im Infraroten und im Röntgenbereich deutlich. Parallel hatten nämlich Kollegen von der University of Southampton auch mit dem Chandra-Röntgenteleskop 3C273 unter die Lupe genommen. Ergänzt wurde die Analyse durch Hubble-Daten und Radiobeobachtungen des Very Large Array.

Der sichtbare Bereich des Jets von 3C273 hat eine Länge von rund 100.000 Lichtjahren. Die Partikel, die die Röntgenstrahlung produzieren können, haben allerdings nur einen Lebensdauer von etwa 100 Jahren. Wenn sie also mit fast Lichtgeschwindigkeit aus unmittelbarer Nähe des Schwarzen Loch hinausgeschleudert werden, reicht die Zeit bei weitem nicht, um auf der gesamten Länge des Jets Strahlung zu erzeugen. Die Teilchen, so die Schlussfolgerung, müssen also dort beschleunigt werden, wo die Strahlung auch zu sehen ist.

"Die neuen Beobachtungen machen deutlich, dass die Struktur der Jets viel komplizierter ist, als man bislang angenommen hat", erklärt Sebastian Jester von der University of Southampton. "Dass die jetzt vorliegenden Daten die Synchrotron-Theorie bevorzugen, macht das Rätsel nur noch größer, wie nämlich die Jets diese hochenergetischen Teilchen produzieren, die für die Röntgenstrahlung verantwortlich sind." Und sein Kollege Uchiyama von der Yale University ergänzt: "Die Ergebnisse erfordern ein radikales Umdenken in der Physik dieser Jets, die von Schwarzen Löchern gespeist werden. Aber wir haben jetzt wichtige Indizien, um eines der großen Geheimnisse der Hochenergie-Astrophysik zu lösen."

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