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ALMA
Detaillierter Blick auf mysteriöse Jets
von Stefan Deiters
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16. Oktober 2013

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA haben zwei Astronomenteams nun eng gebündelte Teilchenstrahlen, sogenannte Jets, untersucht, die ihren Ursprung in der unmittelbaren Nähe von supermassereichen Schwarzen Löchern haben. Während sich eine Gruppe eine vergleichsweise nahe Galaxie vornahm, untersuchte das zweite Team ein weit entferntes sehr aktives System.

NGC 1433

Blick auf die Galaxie NGC 1433 mit Hubble (großes Bild) und mit ALMA (oben rechts). Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/F. Combes  [Großansicht]

Supermassereiche Schwarze Löcher, also Schwarze Löcher, die das Vielmillionenfache der Masse unserer Sonne aufweisen, finden sich in den Zentren nahezu aller Galaxien. Auch unsere Milchstraße beherbergt in ihrem Zentralbereich ein solches Schwarzes Loch. Die zentralen Schwarzen Löcher in unserer galaktischen Nachbarschaft sind allerdings vergleichsweise "ruhig", sie verschlingen also relativ wenig Material aus ihrer Umgebung.

Dies war in der Frühphase des Universums anders: Damals haben die Schwarzen Löcher große Mengen an Material aufgesogen. Bevor das Gas im Schwarzen Loch verschwand, wurde es auf extreme Temperaturen aufgeheizt und sendete eine intensive Strahlung aus. Diese "aktiven Galaxienkerne" zählen deswegen zu den hellsten Objekten im All. Oft erscheinen die Zentren sogar so hell, dass sie die sie umgebende Galaxie komplett überstrahlen und wie ein einzelner Stern erscheinen - daher auch ihr Name: Quasar, für "quasistellares Objekt".

Aktive Galaxien weisen oft noch ein weiteres Phänomen auf: Die Schwarzen Löcher verschlingen nicht nur Material, sondern schleudern auch einen Teil des angezogenen Gases in enggebündelten Teilchenstrahlen - in sogenannten Jets - wieder in die Galaxie zurück. Auf diese Weise können Schwarze Löcher auch weit entfernte Regionen ihrer Wirtsgalaxie beeinflussen und etwa die Sternentstehung in bestimmten Regionen zum Erliegen bringen.

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Zwei Astronomenteams haben nun mithilfe der Radioteleskope des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) die Jets von Schwarzen Löchern in der nahegelegenen und relativ ruhigen Galaxie NGC 1433 sowie in der entfernten aktiven Galaxie PKS 1830-211 genauer unter die Lupe genommen. NGC 1433 ist lediglich 30 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt, während das Licht von PKS 1830-211 rund elf Milliarden Jahre benötigt hat, um uns zu erreichen.

"ALMA hat eine überraschende Spiralstruktur im molekularen Gas in der Nähe des Zentrums von NGC 1433 sichtbar gemacht", erläutert Françoise Combes vom Observatoire de Paris. "Dies zeigt uns, wie das Material in das Schwarze Loch fließt. Dank der neuen detaillierten ALMA-Beobachtungen konnten wir auch einen Jet aus Material entdecken, der sich vom Schwarzen Loch wegbewegt und nur eine Länge von 150 Lichtjahren hat. Dies ist der kleinste molekulare Ausfluss dieser Art, der bislang in einer anderen Galaxie beobachtet werden konnte."

Diese Vorgänge sind für die Astronomen deswegen so interessant, weil Jets die Bedingungen in der weiteren Umgebung des Schwarzen Lochs erheblich beeinflussen. So können sie beispielsweise dafür sorgen, dass sich keine kühlen Gaswolken mehr zusammenfinden, in denen neue Sterne entstehen. So nehmen diese Jets direkten Einfluss auf die Sternentstehung im Zentralbereich von Galaxien.

Den Jet vom zentralen Schwarzen Loch der entfernten aktiven Galaxie PKS 1830-211 konnte Ivan Martí-Vidal von der Chalmers University of Technology und dem Onsala Space Observatory in Schweden und sein Team nur dank eines glücklichen Zufalls genauer untersuchen: Eine massereiche Galaxie auf der Sichtlinie von der Erde zu PKS 1830-211 sorgte nämlich für einen sogenannten Gravitationslinseneffekt. Dieses durch Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagte Phänomen kann dafür sorgen, dass die Bilder entfernter Galaxien dupliziert, verstärkt und verzerrt werden.

Bei den Beobachtungen von PKS 1830-211 hatten die Astronomen sogar doppeltes Glück: Sie konnten nämlich verfolgen, wie das Schwarze Loch offenbar gerade einen besonders großen "Happen" an Gas verschlang, wodurch sich die Helligkeit im Zentralbereich der Galaxie noch einmal deutlich vergrößerte.

"Dass wir dies in diesem Fall mit ALMA beobachten konnten war reines Glück", so Sebastien Muller vom Onsala Space Observatory, der auch zum Team gehörte. "Wir beobachteten PKS 1830-211 aus einem ganz anderen Grund, als wir bei den Bildern der Gravitationslinse plötzlich geringe Veränderungen von Farbe und Intensität feststellten. Als wir uns dann dieses unerwartete Verhalten genauer ansahen, kamen wir zu dem Schluss, dass wir durch Zufall gerade in dem Moment beobachtet hatten, zu dem frisches Material an die Basis des Jets direkt am Schwarzen Loch gelangt ist."

Das Ereignis konnte auch im Gammastrahlenbereich mithilfe des NASA-Weltraumteleskops Fermi registriert werden. Bei Gammastrahlung handelt es sich um die energiereichste Strahlung, die es im Universum gibt. "Es ist das erste Mal, dass man eine so klare Verbindung zwischen Gammastrahlen- und Submillimeter-Radiodaten herstellen konnte, die auf ein Ereignis an der Basis eines Jets von einem Schwarzen Loch zurückzuführen ist", so Muller.

Die Untersuchung von Jets von supermassereichen Schwarzen Löchern mit ALMA steht noch ganz am Anfang. "Es gibt noch viel darüber zu lernen, wie Schwarze Löcher diese gewaltigen energiereichen Jets aus Materie und Strahlung erzeugen können", so Martí-Vidal. "Die neuen Beobachtungen aber, die bereits vor der Fertigstellung von ALMA gemacht wurden, zeigen, dass der Teleskopverbund für die Erforschung dieser Jets ein sehr leistungsfähiges Werkzeug ist - und die Entdeckungen fangen gerade erst an!"

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siehe auch
Hubble: Die Bewegung des Jets von M87 - 23. August 2013
Radioastronomie: Die Jets von Centaurus A - 20. Mai 2011
Kosmische Jets: Überraschendes Innenleben eines Jets - 18. Februar 2010
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org (Combes et al.)
Fachartikel bei Astronomy & Astrophysics (Martí-Vidal et al., pdf-Download von eso.org)
ESO
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