M87
Neue Einblicke ins Innere der Riesengalaxie
Redaktion / Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft 
astronews.com
3. Juli 2009

Durch gleichzeitige Beobachtungen im Gamma- und Radiobereich konnten Astronomen nun nachweisen, dass die Partikel der gewaltigen Jets der Riesengalaxie Messier 87 in unmittelbarer Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum beschleunigt werden. M87 ist eine gigantische elliptische Galaxie und rund 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.

Die riesige Radiogalaxie Messier 87 liegt in unserer kosmischen Nachbarschaft, etwa 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. In den hell leuchtenden Materieausflüssen aus dem Zentrum von M 87 werden Teilchen auf sehr hohe Geschwindigkeiten gebracht. Durch die Kombination von Beobachtungen im Bereich von Radiowellen und Gammastrahlung haben Forscher jetzt gezeigt, dass Teilchen in der unmittelbaren Nähe des zentralen supermassereichen Schwarzen Lochs zu sehr hohen Energien beschleunigt werden. Bild: The Hubble Heritage Team STScI/AURA) und NASA/ESA

Sie zählt zu den Giganten unter den Galaxien: Mit zwei bis drei Billionen Sonnenmassen dominiert das Objekt Messier 87 den sogenannten Virgohaufen. Im Zentrum der Galaxie vermuten die Forscher ein supermassereiches Schwarzes Loch. Mit nahezu Lichtgeschwindigkeit schießen aus seiner Umgebung sogenannte Jets heraus, gewaltige Plasmaströme. Jetzt haben Wissenschaftler - unter anderem aus den Max-Planck-Instituten für Kernphysik und für Physik - diesen aktiven galaktischen Kern gleichzeitig sowohl im Gamma- als auch im Radiobereich beobachtet. Dabei konnten sie zeigen, dass die Elementarteilchen tatsächlich in direkter Nähe des Schwarzen Lochs auf sehr hohe Energien beschleunigt werden. Die Forscher berichten über ihre Ergebnisse in einem Beitrag für Science Express.

Messier 87 ist eine gigantische elliptische Radiogalaxie in unmittelbarer Nachbarschaft unserer Milchstraße, nur etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernt. In ihrem Zentrum befindet sich ein Schwarzes Loch mit einer mehr als sechs Milliarden Mal größeren Masse als der unserer Sonne. In Jets werden aus dem Herz der Galaxie geladene Teilchen (Elektronen und Protonen) auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt.

Dabei entsteht sehr hochenergetische Gammastrahlung - Lichtteilchen mit der etwa Tausendmilliarden-fachen Energie des sichtbaren Lichts. Die "Gammas" werden erzeugt, wenn die beschleunigten geladenen Teilchen mit ihrer Umgebung reagieren. Die Beobachtung dieser Strahlung erlaubt es, extreme physikalische Bedingungen im Universum zu erforschen, wie sie sich in keinem irdischen Labor simulieren lassen.

Erste Anzeichen hochenergetischer Gammastrahlung aus M87 entdeckten Forscher bereits im Jahr 1998 mit den HEGRA-Teleskopen, dem Vorgängerexperiment von H.E.S.S. und MAGIC. Dieses Ergebnis bestätigten im Jahr 2006 Messungen mit den H.E.S.S.-Teleskopen (astronews.com berichtete). Die H.E.S.S.-Beobachtungen zeigten außerdem eine rasche Variation der Gammastrahlenintensität innerhalb weniger Tage: Offenbar ist die Quellregion der hochenergetischen Gammastrahlung ungewöhnlich kompakt. So vermuten die Wissenschaftler eine enge Beziehung zur unmittelbaren Umgebung des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der elliptischen Riesengalaxie.

Um diesen Verdacht zu prüfen, begannen Forscher der MAGIC- und H.E.S.S.-Kollaborationen an den Max-Planck-Instituten für Physik (München) und Kernphysik (Heidelberg) mit Kollegen der VERITAS-Kollaboration (USA) und dem Radioteleskop-Netzwerk VLBA im Januar 2008 zusammenzuarbeiten. So beobachteten sie bis Mai 2008 in einer noch nie dagewesenen Messkampagne die Radiogalaxie M 87 für mehr als 120 Stunden gleichzeitig in den niedrigsten und höchsten Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Innerhalb dieses Zeitraums verfolgten die Forscher auch zwei große Gamma-Ausbrüche bei sehr hohen Energien.

Die hochauflösende Beobachtung der inneren Region von M 87 mit dem Radioteleskopsystem Very Large Baseline Array (VLBA) belegte einen stetigen Anstieg des Radioflusses aus dem Zentrum von Messier 87 - aus der unmittelbaren Nähe des supermassereichen Schwarzen Lochs. Diese Kombination von Beobachtungen in den niedrigsten (Radiowellen) und höchsten (Gammastrahlen) Bereichen des elektromagnetischen Spektrums ermöglichte es zum ersten Mal, den Gammastrahlungsausbruch zu lokalisieren - und damit den Ort der Teilchenbeschleunigung in M87 auszumachen.

Das MAGIC-Teleskop auf der Kanareninsel La Palma und die H.E.S.S.-Teleskope in Namibia gehören zur neuesten Generation der atmosphärischen Cherenkov-Teleskope. Mit ihren Spiegeldurchmessern von 17 Metern (MAGIC) und vier mal jeweils 13 Metern (H.E.S.S.) sowie ultra-schneller Elektronik beobachten sie schwache blaue Lichtblitze - das Cherenkov-Licht. Diese Lichtblitze entstehen, wenn hochenergetische Gammateilchen mit den Atomen und Molekülen der Atmosphäre reagieren und einen Schauer aus sub-atomaren Teilchen auslösen.