Als die riesige Radiogalaxie Messier 87 (M 87) eine Flut von Gammastrahlung und Radiofluss entfesselte, beobachtete zufällig eine internationale Kollaboration von 390 Wissenschaftlern. Sie berichten über die Entdeckung in der dieswöchigen Ausgabe vonWissenschafts-Express.
Großformatige VLA-Aufnahme von M87: Weißer Kreis zeigt den Bereich an, in dem die Gammastrahlenteleskope erkennen konnten, dass die sehr energiereichen Gammastrahlen emittiert wurden. Um den Standort weiter einzugrenzen, ist die VLBA erforderlich. KREDIT: NRAO/AUI/NSF
Die Ergebnisse liefern erste experimentelle Hinweise darauf, dass Teilchen in unmittelbarer Nähe eines supermassereichen Schwarzen Lochs auf extrem hohe Energien beschleunigt werden und dann die beobachteten Gammastrahlen emittieren. Die Gammastrahlen haben Energien, die eine Billion mal höher sind als die Energie des sichtbaren Lichts.
Matthias Beilicke und Henric Krawczynski, beide Physiker an der Washington University in St. Louis, koordinierten das Projekt mithilfe der Zusammenarbeit des Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS). Die Bemühungen umfassten drei Arrays von 12-Meter-(39-Fuß) bis 17-Meter-(56-Fuß)-Teleskopen, die sehr energiereiche Gammastrahlen erkennen, und das Very Long Baseline Array (VLBA), das Radiowellen mit hoher räumlicher Reichweite erkennt Präzision.
„Wir hatten Gammastrahlen-Beobachtungen von M 87 in enger Zusammenarbeit mit den drei großen Gammastrahlen-Observatorien VERITAS, H.E.S.S. und MAGIC, und wir hatten das Glück, dass gerade bei der Beobachtung der Quelle mit dem VLBA und seiner beeindruckenden räumlichen Auflösung ein außergewöhnlicher Gammastrahlen-Flare auftrat“, sagte Beilicke.
„Nur die Kombination der hochauflösenden Radiobeobachtungen mit den VHE-Gammastrahlenbeobachtungen ermöglichte es uns, den Ort der Gammastrahlenproduktion zu lokalisieren“, fügte R. Craig Walker, wissenschaftlicher Mitarbeiter am National Radio Astronomy Observatory in Socorro, New Mexico, hinzu .
Tiefer in den Kern von M87 blicken: Oben links zeigt ein VLA-Bild der Galaxie die radioemittierenden Jets in einer Größenordnung von etwa 200.000 Lichtjahren. Nachfolgende Zooms rücken näher in den Kern der Galaxie vor, wo sich das supermassive Schwarze Loch befindet. In der Konzeption des Künstlers (Hintergrund). Das in der Mitte abgebildete Schwarze Loch ist etwa doppelt so groß wie unser Sonnensystem, ein winziger Bruchteil der Größe der Galaxie, besitzt aber etwa das sechs Milliardenfache der Sonnenmasse. Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
M 87 befindet sich in einer Entfernung von 50 Millionen Lichtjahren von der Erde im Virgo-Galaxienhaufen. Das Schwarze Loch im Zentrum von M 87 ist sechs Milliarden Mal massereicher als die Sonne.
Die Größe eines nicht rotierenden Schwarzen Lochs ist durch den Schwarzschildradius gegeben. Alles – Materie oder Strahlung – das innerhalb eines Schwarzschild-Radius vom Zentrum des Schwarzen Lochs kommt, wird von diesem verschluckt. Der Schwarzschildradius des supermassereichen Schwarzen Lochs in M 87 ist vergleichbar mit dem Radius unseres Sonnensystems.
Bei einigen supermassiven Schwarzen Löchern – wie in M 87 – erzeugt Materie, die das Schwarze Loch umkreist und sich diesem nähert, stark relativistische Ausflüsse, sogenannte Jets. Die Materie in den Jets entfernt sich vom Schwarzen Loch und entkommt seiner tödlichen Anziehungskraft. Die Jets gehören zu den größten Objekten im Universum und können viele tausend Lichtjahre von der Umgebung des Schwarzen Lochs bis in das intergalaktische Medium reichen.
Die hochenergetische Gammastrahlung von M 87 wurde erstmals 1998 mit dem HEGRA . entdeckt Cherenkov Teleskope. „Aber noch heute ist M 87 eine von nur etwa 25 Quellen außerhalb unserer Galaxie, von denen bekannt ist, dass sie [sehr hochenergetische] Gammastrahlen aussenden“, sagt Beilicke.
Die neuen Beobachtungen zeigen nun, dass die Teilchenbeschleunigung und die anschließende Emission von Gammastrahlen im „inneren Jet“ stattfinden kann, weniger als etwa 100 Schwarzschild-Radien vom Schwarzen Loch entfernt, was im Vergleich zum Schwarzen Loch ein extrem schmaler Raum ist Gesamtausdehnung des Jets oder der Galaxie.
An diesen Beobachtungen waren neben VERITAS und der VLBA auch das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) und das Major Atmospheric Gamma-Ray Imaging Cherenkov (MAGIC) Gammastrahlen-Observatorium beteiligt.
Titelbildunterschrift: Künstlerische Vorstellung des inneren Kerns von M87: Schwarzes Loch, Akkretionsscheibe und innere Jets. Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Zweites Bild: Großformatige VLA-Aufnahme von M87: Weißer Kreis zeigt den Bereich an, in dem die Gammastrahlenteleskope erkennen konnten, dass die sehr energiereichen Gammastrahlen emittiert wurden. Um den Standort weiter einzugrenzen, benötigte man die VLBA. KREDIT: NRAO/AUI/NSF
Collage: Oben links zeigt ein VLA-Bild der Galaxie die radioemittierenden Jets im Maßstab von etwa 200.000 Lichtjahren. Nachfolgende Zooms rücken näher in den Kern der Galaxie vor, wo sich das supermassive Schwarze Loch befindet. In der Konzeption des Künstlers (Hintergrund). Das in der Mitte abgebildete Schwarze Loch ist etwa doppelt so groß wie unser Sonnensystem, ein winziger Bruchteil der Größe der Galaxie, besitzt aber etwa das sechs Milliardenfache der Sonnenmasse. Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Quellen: Wissenschaft und der Nationales Radioastronomie-Observatorium , überEurekalert.