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HUBBLE
Die Bewegung des Jets von M87
von Stefan Deiters
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23. August 2013

Aus dem Zentrum der elliptischen Riesengalaxie M87 schießt ein enggebündelter Partikelstrahl mit hoher Geschwindigkeit ins All. Hubble-Beobachtungen über eine Zeitraum von mehr als 13 Jahren lassen nun erkennen, wie sich das Material in diesem Jet bewegt. Die Daten könnten mehr über die Wechselwirkungen zwischen supermassereichen Schwarzen Löchern und ihren Galaxien verraten.

M87

Die Bewegung des Jets von M87 über 13 Jahre. Bild: NASA, ESA, E. Meyer, W. Sparks, J. Biretta, J. Anderson, S.T. Sohn und R. van der Marel (STScI), C. Norman (Johns Hopkins University) und M. Nakamura (Academia Sinica)  [vergrößerte Gesamtansicht]

Die elliptische Riesengalaxie M87 liegt im Zentrum des Virgo-Galaxienhaufens, der aus rund 2.000 Galaxien besteht und etwa 50 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Im Zentrum von M87 befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch, dessen Masse viele Milliarden Mal größer ist als die unserer Sonne.

Material, das von diesem Giganten angezogen wird, sammelt sich zum überwiegenden Teil zunächst in einer scheibenförmigen Region um das Schwarze Loch, in der sogenannten Akkretionsscheibe. Magnetfelder, so zumindest die Theorie der Astromomen, können dann dafür sorgen, dass ionisiertes Gas von hier aus mit großer Geschwindigkeit in eng gebündelten Strahlen ins All geschleudert wird. 

Auch M87 verfügt über einen dieser Jets und Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Hubble über einen Zeitraum von mehr als 13 Jahren haben den Astronomen nun ermöglicht, die Bewegung des Gases in diesem etwa 5.000 Lichtjahre langen Jet zu verfolgen. Von den Daten erhoffen sich die Wissenschaftler neue Hinweise darauf, wie aktive supermassereiche Schwarze Löcher ihre Wirtsgalaxien beeinflussen können.

"Zentrale supermassereiche Schwarze Löcher sind die Schlüsselkomponente aller großen Galaxien", erläutert Eileen T. Meyer vom Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, die die Untersuchungen leitete. "Von den meisten dieser aktiven Schwarzen Löcher nimmt man an, dass sie einmal eine aktive Phase durchlaufen haben und die durch das Schwarze Loch in seiner aktiven Phase erzeugten Jets spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung der Galaxie. Durch die Untersuchung dieses Phänomens in der uns am nächsten gelegenen Galaxie mit einem im Optischen sichtbaren Jet hoffen wir mehr über die Galaxienentstehung und die Physik Schwarzer Löcher im Allgemeinen zu lernen."

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Auf der Bildfolge von Hubble ist erstmals zu erkennen, dass sich das Plasma in dem Jet spiralförmig bewegt - vermutlich entlang von magnetischen Feldlinien, die wie eine Helix verdreht sind. Das Magnetfeld dürfte in der rotierenden Akkretionsscheibe entstehen. Obwohl man es nicht direkt sehen kann, spricht doch die starke Bündelung des Jets für seine Existenz.

"Wir haben Hubble-Daten eines relativ nahe gelegenen Jets aus mehreren Jahren ausgewählt, wodurch wir sehr viele Details erkennen konnten", so Meyer. "Der einzige Grund, warum man die Bewegung in diesem entfernten Jet schon über einen Zeitraum von wenigen Jahren erkennen kann, ist, dass er sich sehr schnell bewegt."

Meyer entdeckte Hinweise auf eine helixartige Struktur des Magnetfelds in verschiedenen Bereichen des Jets. So schien sich ein heller Klumpen in dem Jet beispielsweise zickzackförmig zu bewegen, als ob er einer spiralförmigen Bahn folgt. Auch andere Klumpen scheinen sich um eine unsichtbare Struktur zu bewegen. "Auf früheren Beobachtungen von Jets von Schwarzen Löchern konnte man die verschiedenen Bewegungskomponenten nicht unterscheiden, so dass sich daraus keine detaillierten Informationen über die Bewegung des Jets ableiten ließen."

Die Astronomen interessierten sich auch für die Frage, warum der Jet aus einer Aneinanderreihung von Klumpen besteht, die immer wieder heller und dunkler werden. "Der Jet hat eine sehr klumpige Struktur. Handelt es sich dabei um einen ballistischen Effekt, ähnlich wie Kanonenkugeln, die nacheinander von einer Kanone abgefeuert werden? Oder ist ein interessantes physikalisches Phänomen dafür verantwortlich, wie etwa eine Stoßwelle, die durch das Magnetfeld entsteht?", skizziert Meyer die Überlegungen der Forscher.

Für beide Szenarien gibt es Hinweise: "Wir fanden Dinge, die sich sehr schnell bewegten, wir fanden Dinge die sich langsam bewegten und sogar einige, die stationär waren. Diese Untersuchung hat uns gezeigt, dass diese Klumpen sehr dynamische Quellen sind", so Meyer.

Das Team hat acht Monate lang 400 Beobachtungen von M87 mit dem Weltraumteleskop Hubble ausgewertet, die zwischen 1995 und 2008 entstanden waren. So wurde es möglich, die geringe Bewegung des Jets am Himmel über diese 13 Jahre nachzuweisen. Es gelang ihnen auch, Strukturen im heißen Plasma zu vermessen, die lediglich einen Durchmesser von 20 Lichtjahren hatten.

Doch verhalten sich alle Jets so wie der von M87? Für eine Antwort ist es noch zu früh: "Es ist immer gefährlich nur ein Beispiel zu haben, weil das gerade der merkwürdige Abweichler sein könnte", so Meyer. "Das Schwarze Loch von M87 ist aber Grund genug, sich nun weitere Jets anzuschauen." Drei Objekte für neue Hubble-Beobachtungen haben die Astronomen schon im Blick. Über ihre aktuellen Ergebnisse berichten sie in der Fachzeitschrift The Astrophysical Journal Letters.   

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siehe auch
M87: Schwarzes Loch massereicher als angenommen - 18. Januar 2011
M87: Neue Einblicke ins Innere der Riesengalaxie - 3. Juli 2009
M87: Masse des Schwarzen Lochs unterschätzt? - 10. Juni 2009
Bild des Tages - 16. September 2008: M87
VLBA: Der zweite Jet von M87 - 8. Oktober 2007
HESS: Blick ins Innere von M87 - 27. Oktober 2006
Chandra: Die Knoten im Jet von M87 - 28. September 2001
Hubble Heritage Projekt: Der Jet von M87 - 6. Juli 2000
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
HubbleSite.org, Seite des STScI
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