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MAGIC
Gammalicht von einer aktiven Galaxie
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Physik
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17. Dezember 2015

Erstmals haben Forscher Gammastrahlung einer bekannten, weit entfernten, aktiven Galaxie nachgewiesen. Die aktuelle Beobachtung führt nicht nur zu einem besseren Verständnis aktiver Galaxien: Da das Licht des Systems etwa 7,6 Milliarden Jahre zur Erde unterwegs war, erhoffen sich Forscher auch neue Erkenntnisse aus dem "Mittelalter" des Universums.

 PKS 1441+25

Die Galaxie PKS 1441+25 gehört zur Gruppe der Quasare: Ein Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie zieht Materie an, wobei ein Teil davon in Form von zwei "Jets" mit Lichtgeschwindigkeit nach außen geschleudert wird (künstlerische Darstellung). Bild: M. Weiss/CfA [Großansicht]

PKS 1441+25, so der Name des beobachteten Systems, zählt zu den etwa zehn Prozent aktiver Galaxien im Universum. Ihr gemeinsames Kennzeichen: Sie produzieren mehr Licht als sich allein mit der Helligkeit von Sternen und Staub erklären ließe. In ihrem Zentrum befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch, das fast so schwer ist wie eine Milliarde Sonnen.

Die Schwarzen Löcher üben eine starke Gravitationskraft auf die Materie in ihrer Umgebung aus. Bevor die Materie vom Schwarzen Loch verschluckt wird, kreist sie als hell leuchtende Scheibe um den aktiven Kern. PKS 1441+25 gehört außerdem zur Klasse der extrem hellen Quasare: Bei diesen Objekten werden Elementarteilchen als sogenannte Jets mit Lichtgeschwindigkeit ins All geschleudert, im Fall von PKS1441+25 Richtung Erde.

Mit dem MAGIC-Teleskop auf La Palma in Spanien beobachteten Wissenschaftler hochenergetische Gammastrahlen bei PKS 1441+25. Das Licht des Quasars erreicht die Erde nach etwa 7,6 Milliarden Jahren – die Galaxie befindet sich somit im "Mittelalter" des 13,8 Milliarden alten Universums. "Außer PKS 1441+25 kennen wir nur eine weitere so weit entfernte aktive Galaxie, bei der Gammastrahlen zu entdecken waren", erklärt Dr. Razmik Mirzoyan, Sprecher des MAGIC-Verbundes und Forscher am Max-Planck-Institut für Physik. "Auch diese Galaxie, B0218+357, haben wir mit MAGIC entdeckt und untersucht."

Die Beobachtung von PKS 1441+25 zeigte, dass die Aktivität des Quasars hochvariabel ist: Die energiereichsten Gammastrahlen-Emissionen lagen bei 250 Gigaelektronenvolt. Diese Ausbrüche waren bis zu 100 Mal stärker als das sonst beobachtete Gammastrahlenprofil. Die Gründe für diese große Bandbreite liegen noch im Dunklen. Allerdings konnten die Wissenschaftler beobachten, wo der Ursprung der extrem heftigen Ausbrüche liegt. "Sie entstehen viele Milliarden Kilometer vom aktiven Kern entfernt", sagt Mirzoyan, "während die anderen Emissionen viel näher am Schwarzen Loch gebildet werden".

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Abgesehen von seinem ungewöhnlichen Verhalten ist der Quasar in einer weiteren sehr wichtigen Hinsicht interessant. Der Kosmos ist angefüllt mit diffusem extragalaktischen Hintergrundlicht. Dabei handelt es sich um die Lichtteilchen aller Sterne und Galaxien, die je im Universum existierten. Damit birgt der kosmische Nebel wichtige Informationen über die Vergangenheit des Universums.

Da sich von unserer Milchstraße aus kaum erschließen lässt, wie dicht das Hintergrundlicht ist, nutzen Astrophysiker eine indirekte Methode. Sie messen Gammastrahlen von entfernten Galaxien. Auf ihrem Weg zur Erde werden die hochenergetischen Strahlen abgeschwächt: Wenn sie auf ein Lichtteilchen treffen, wandeln sie sich in ein Elektron und ein Positron um – und sind damit für die Beobachtung verloren. Je dichter der Dunst, umso mehr Gammastrahlen werden vom Hintergrundlicht geschluckt.

"Für die exakte Bestimmung des extragalaktischen Hintergrundlichts sind Gammastrahlen weit entfernter Objekte erforderlich", sagt Mirzoyan. "Mit PKS 1441+25 haben wir jetzt eine Gammaquelle 'erwischt', die zweimal so weit entfernt ist wie bisher untersuchte Objekte. Damit haben wir unsere bisherige Rekord-Beobachtungsreichweite aus dem Jahr 2007 verdoppelt und erhalten Auskunft über den Zustand des Universums vor 7,6 Milliarden Jahren."

 Die aktuellen Messungen stehen im Einklang mit gängigen Modellen zur Entwicklung von Sternen und Galaxien. Mit 250 Gigaelektronenvolt liegt die Gammastrahlung von PKS 1441+25 in der passenden Größenordnung. "Spannend wäre es gewesen, wenn wir Gammastrahlen mit wesentlich höheren Energien zum Beispiel ab etwa 1.000 Gigaelektronenvolt gefunden hätten", erläutert Mirzoyan. "Dann müssten wir unsere Modelle überdenken – oder davon ausgehen, dass wir es mit bisher unbekannten physikalischen Vorgängen zu tun haben, die dafür sorgen, dass mehr Gammastrahlen durch das kosmische Hintergrundlicht zu uns dringen."

Entdeckt wurde die starke Gammastrahlung der aktiven Galaxie im April 2015, als der Quasar einen besonders starken Materiejet in Richtung Erde schleuderte. "Gesehen" hat sie zunächst das LAT-Instrument des NASA-Satelliten Fermi. Dieser scannt den gesamten Nachthimmel in nur etwa drei Stunden. Da Fermi nur den unteren Bereich des Gammastrahlenspektrums erfasst, wurde schnell das auf höhere Energien spezialisierte, erdgebundene Doppelteleskop MAGIC "zugeschaltet". Der Ausbruch wurde später auch von den VERITAS-Teleskopen in Arizona, USA beobachtet. Insgesamt sammelte MAGIC Beobachtungsdaten über einen Zeitraum von zehn Tagen.

Über ihre Beobachtungen berichten die Astronomen in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift The Astrophysical Journal Letters erschienen ist.

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siehe auch
MAGIC: Pulsar im Krebsnebel gibt Rätsel auf - 29. März 2012
La Palma: Zweites MAGIC-Teleskop vor "First Light" - 15. April 2009
MAGIC: Unerwartete Transparenz für Gammastrahlen - 27. Juni 2008
MAGIC: Neues Fenster zum Universum - 13. Oktober 2003
Links im WWW
Preprint des Fachartikels bei arXiv.org
Max-Planck-Institut für Physik  
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