VLBA-Aufnahme von Quasar 3C 273 mit seinem langen Strahl, der ausstrahlt. Bildnachweis: NRAO. Klicken um zu vergrößern.
Als zwei Forscher das Very Long Baseline Array (VLBA)-Radioteleskop der National Science Foundation auf einen berühmten Quasar richteten, suchten sie nach Beweisen für eine populäre Theorie, warum die superschnellen Teilchenstrahlen, die von Quasaren strömen, auf schmale Ströme beschränkt sind. Stattdessen erlebten sie eine Überraschung, die 'die Theoretiker möglicherweise zurück an die Reißbretter schicken könnte', so einer der Astronomen.
'Wir haben die gesuchten Beweise gefunden, aber wir haben auch einen zusätzlichen Beweis gefunden, der dem zu widersprechen scheint', sagte Robert Zavala, Astronom an der Station Flagstaff des US-Marineobservatoriums in Arizona. Zavala und Greg Taylor vom National Radio Astronomy Observatory und dem Kavli Institute of Particle Astrophysics and Cosmology präsentierten ihre Ergebnisse auf dem Treffen der American Astronomical Society in Minneapolis, Minnesota.
Quasare gelten allgemein als supermassive Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien, wobei das Schwarze Loch, das von einer sich drehenden Materialscheibe umgeben ist, unaufhaltsam in den Gravitationsschlund des Schwarzen Lochs gezogen wird. Durch noch nicht gut verstandene Prozesse werden starke Teilchenstrahlen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit nach außen geschleudert. Ein populäres theoretisches Modell besagt, dass Magnetfeldlinien in der rotierenden Scheibe eng miteinander verdreht sind und die sich schnell bewegenden Teilchen in schmale „Jets“ einschließen, die von den Polen der Scheibe strömen.
1993 schlug der Astrophysiker Roger Blandford der Stanford University und des Kavli-Instituts vor, dass ein derart verdrehtes Magnetfeld ein deutliches Muster in der Ausrichtung oder Polarisation der von den Jets kommenden Radiowellen erzeugen würde. Zavala und Taylor verwendeten die VLBA, die in der Lage ist, die detailliertesten Bilder aller Teleskope der Astronomie zu erzeugen, um Beweise für Blandfords vorhergesagtes Muster in einem bekannten Quasar namens 3C 273 zu suchen.
„Wir haben genau das gesehen, was Blandford vorhergesagt hat, was die Idee eines verdrehten Magnetfelds unterstützt. Wir haben jedoch auch ein anderes Muster gesehen, das nicht durch ein solches Feld erklärt werden kann“, sagte Zavala.
Technisch gesehen sollte das verdrillte Magnetfeld eine stetige Änderung oder einen Gradienten des Betrags bewirken, um den die Ausrichtung (Polarisation) der Radiowellen gedreht wird, wenn man über die Breite des Jets schaut. Dieser Gradient zeigte sich in den VLBA-Beobachtungen. Bei einem verdrillten Magnetfeld sollte der Prozentsatz der Wellen, die ähnlich ausgerichtet oder polarisiert sind, jedoch in der Mitte des Jets am größten sein und zu den Rändern hin stetig abnehmen. Stattdessen zeigten die Beobachtungen, dass der Prozentsatz der Polarisation zu den Rändern hin zunahm.
Das heißt, die Astronomen sagen, dass entweder etwas mit dem Twisted-Magnet-Feld-Modell nicht stimmt oder seine Auswirkungen durch Wechselwirkungen zwischen dem Jet und dem interstellaren Medium, das er durchbohrt, ausgewaschen werden. „In jedem Fall müssen die Theoretiker an die Arbeit gehen, um herauszufinden, wie das passieren kann“, sagte Zavala.
Als er über die neuen Ergebnisse informiert wurde, sagte Blandford: „Diese Beobachtungen sind gut genug, um eine Weiterentwicklung der Theorie zu rechtfertigen.“
3C 273 ist einer der berühmtesten Quasare der Astronomie und wurde 1963 als erster als sehr weit entferntes Objekt erkannt. Der Caltech-Astronom Maarten Schmidt arbeitete am Nachmittag des 5. Februar desselben Jahres an einem kurzen wissenschaftlichen Artikel über 3C273 erkannte plötzlich ein Muster im sichtbaren Lichtspektrum des Objekts, das eine sofortige Berechnung seiner Entfernung ermöglichte. Später schrieb er: „Ich war fassungslos über diese Entwicklung…“ Nur wenige Minuten später, sagte er, traf er seinen Kollegen Jesse Greenstein, der einen anderen Quasar studierte, in einem Flur. Innerhalb weniger Minuten stellten sie fest, dass auch der zweite ziemlich weit entfernt war. 3C 273 liegt etwa zwei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Jungfrau und ist in mittelgroßen Amateurteleskopen sichtbar.
Die VLBA ist ein System von zehn Radioteleskopantennen mit jeweils einer Schüssel mit 25 Metern Durchmesser und einem Gewicht von 240 Tonnen. Von Mauna Kea auf Big Island von Hawaii bis St. Croix auf den US-amerikanischen Jungferninseln erstreckt sich die VLBA über mehr als 5.000 Meilen und bietet Astronomen die schärfste Sicht aller Teleskope auf der Erde oder im Weltraum. Die VLBA wurde 1993 gegründet und verfügt über die Fähigkeit, feine Details zu sehen, die der Möglichkeit entspricht, in New York zu stehen und eine Zeitung in Los Angeles zu lesen.
„Die extrem scharfe Funk-‘Vision‘ der VLBA war für diese Arbeit unbedingt erforderlich“, erklärt Zavala. „Wir haben die höchsten Funkfrequenzen verwendet, bei denen wir den Jet von 3C273 erkennen konnten, um die Details zu maximieren, die wir erhalten konnten, und dieser Aufwand hat sich mit großartiger Wissenschaft ausgezahlt“, fügte er hinzu.
Das National Radio Astronomy Observatory ist eine Einrichtung der National Science Foundation, die im Rahmen einer Kooperationsvereinbarung von Associated Universities, Inc. betrieben wird.
Originalquelle: NRAO-Pressemitteilung
