INTEGRAL
Überraschendes von aktiven Galaxienkernen
von Stefan Deiters
astronews.com
9. August 2011

Aktive Galaxienkerne sind im Grunde genommen alle gleich. Ihre unterschiedliche Erscheinungsform erklärt sich, so zumindest das weitgehend akzeptierte Modell, nur durch verschiedene Blickwinkel auf die entfernten Objekte. Beobachtungen einer großen Anzahl aktiver Galaxien mit dem Gammastrahlenteleskop Integral stellen nun aber Teile dieser Theorie infrage.

So sollte ein aktiver Galaxienkern nach dem Einheitsmodell aussehen. Bild: ESA/NASA, das AVO Projekt und Paolo Padovani Eine unterschiedlich hohe Konzentration von absorbierenden Wolken könnte die Integral-Daten erklären. Bild: ESA / AOES Medialab und Adrian Zsilavec / Michelle Qualls / Adam Block / NOAO / AURA / NSF (NGC 4258); George Seitz / Adam Block / NOAO / AURA / NSF (NGC 4941)  [Großansicht]

Im Zentrum nahezu aller massereichen Galaxien verbirgt sich ein supermassereiches Schwarzes Loch. Dieses Schwarze Loch ist in der Regel inaktiv, verschlingt also nur relativ wenig Material aus seiner unmittelbaren Umgebung. Bei einigen Schwarzen Löchern ist das allerdings anders: Sie verschlingen Unmengen an Gas und Staub. Und während dieses Material in die Schwerkraftfalle strömt, erhitzt es sich auf extreme Temperaturen, so dass die Zentren solcher Galaxien hell aufleuchten - so hell, dass sie manchmal sogar die sie umgebende Galaxie überstrahlen und auch noch in großer Entfernung auszumachen sind. Man nennt sie "aktive Galaxienkerne".

Astronomen haben zwar in der Vergangenheit eine Reihe von ganz unterschiedlich aussehenden aktiven Galaxienkernen entdeckt, doch glauben sie, dass es sich im Grunde genommen immer um dieselben Objekte handelt: Rund um das supermassereiche Schwarze Loch befindet sich eine sogenannte Akkretionsscheibe, aus der das Material in die Schwerkraftfalle strömt. Dieser innere Bereich ist dann von einem breiten Ring aus Gas und Staub umgeben, der Teile der von der Scheibe ausgehenden Strahlung absorbiert. Je nachdem, unter welchem Blickwinkel man nun auf ein solches Objekt schaut, sieht man ganz unterschiedliche Erscheinungsformen des aktiven Galaxienkerns.

Doch dieses vereinheitlichte Modell wird durch Daten des Gammastrahlen-Weltraumteleskops Integral der europäischen Weltraumagentur ESA jetzt in Frage gestellt: "Nach dem Einheitsmodell sollten alle aktiven Galaxienkerne in harten Röntgenwellenlängen das gleiche Verhalten zeigen, unabhängig davon, was in anderen Wellenlängenbereichen passiert", erklärt Claudio Ricci, ein Doktorand an der Universität in Genf, der auch Hauptautor eines Fachartikels in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics ist, in dem die Ergebnisse der Untersuchung vorgestellt werden. "Die Absorption in dem Ring wird für Photonen mit zunehmender Energie immer geringer und sollte für die Objekte in unserer Untersuchung im harten Röntgenstrahlenbereich, in dem Integral beobachtet hat, keinerlei Effekt haben."

Ricci und seine Kollegen analysierten die Daten von insgesamt 165 aktiven Galaxienkernen, die in den ersten acht Jahren der Integral-Mission von dem Weltraumteleskop in ganz verschiedenen Energiebereichen beobachtet worden waren und die zudem ein unterschiedliches Absorptionsverhalten bei niedrigen Energien zeigten. In höheren Energien hatten die Astronomen nicht damit gerechnet, Unterschiede zwischen den einzelnen Klassen erkennen zu können. Doch sie erlebten eine Überraschung.

Bei Quellen, deren Strahlung niedriger Energie stärker absorbiert wurde, stellten die Wissenschaftler einen Überschuss von Emissionen in höheren Energiebereichen fest. Diese Strahlung zeigte die Signatur von Röntgenstrahlen, die von neutralem Wasserstoff in den dichten Wolken um das Schwarze Loch und die Akkretionsscheibe reflektiert wurde. Es könnten also die gleichen Wolken sein, die auch für die Absorption in niedrigeren Energien verantwortlich waren.

"Eine deutlich stärkere Reflexion bei bestimmten Klassen von aktiven Galaxienkernen weist darauf hin, dass sich die Bedingungen in diesen Objekten unterscheiden", erläutert Roland Walter, der verantwortliche Wissenschaftler des Integral-Teams am Data Centre for Astrophysics der Universität in Genf. "Die Diskrepanz bei den hochenergetischen Emissionseigenschaften verschiedener Typen von aktiven Galaxienkernen wird in den gegenwärtigen Modellen nicht berücksichtigt. Das bedeutet, dass einige Details einer Überarbeitung bedürfen."

Zwar ist nach Ansicht der an der Untersuchung beteiligten Astronomen die Grundannahme, dass sich im Zentrum der aktiven Galaxienkerne ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet, weiterhin richtig. Nur dürfte die Verteilung des absorbierenden Materials rund um den Zentralbereich nicht so gleichförmig sein, wie bislang unterstellt. Das Material könnte sich etwa in Wolken rund um den Kern befinden, wobei eine unterschiedliche Konzentration dieser Wolken für ein unterschiedliches Reflexionsverhalten sorgen würde.

Die Entdeckung von Röntgenreflexionen in aktiven Galaxienkernen könnte noch ein ganz anderes astrophysikalisches Rätsel lösen helfen, das des kosmischen Röntgenstrahlen-Hintergrunds. Dabei handelt es sich um eine äußerst schwache diffuse Röntgenstrahlung, die aus allen Bereichen des Röntgenhimmels kommt. Man erklärt sie durch die Röntgenabstrahlung von nicht auflösbaren aktiven Galaxien im Verlauf der Geschichte des Universums.

Mit Integral hatte man ursprünglich gehofft, die Quellen dieser diffusen Strahlung aufspüren zu können, doch die Beobachtungen halfen nicht, hinter das Mysterium zu kommen. Im Gegenteil: Die festgestellte Intensität war deutlich höher als man eigentlich gedacht hatte. Eventuell könnte aber die von Ricci und seinen Kollegen entdeckte reflektierte Röntgenstrahlung ausreichen, um den noch fehlenden Anteil zu erklären. Ein über 30-jähriges Rätsel wäre damit gelöst.