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Was kosmische Jets zum Leuchten bringt
von Stefan
Deiters
astronews.com
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.
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.
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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