Aktive Galaxienkerne: Die Startrampe von relativistischen Jets

Aktive galaktische Kerne senden hochenergetische Teilchenstrahlung in relativistischen Jets aus. Es wird vermutet, dass diese Jets durch magnetische Beschleunigungsprozesse in der unmittelbaren Nähe eines massereichen Schwarzen Lochs erzeugt werden. Ein Astronomenteam konnte nun mit einem Radiointerferometer die Struktur der Startrampe eines solchen Jets in der elliptischen Galaxie M87 zum ersten Mal auflösen und beobachten.

Franziska Konitzer

Das Zentrum von M87 — © Perimeter Institute for Theoretical Physics (Ausschnitt)

Im Zentrum der meisten Galaxien befinden sich massereiche Schwarze Löcher. Einige von ihnen sind aktive galaktische Zentren, die gebündelte Strahlen aus geladenen Teilchen aussenden. Diese sind so energiereich, dass sie in manchen Fällen heller leuchten als alle anderen Strahlungsquellen in ihrer Galaxie zusammen. Die Startrampe des Jets befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Schwarzen Lochs: Materie stürzt darauf zu und bildet eine Akkretionsscheibe. Ihre Gravitationsenergie wird dabei umgewandelt und ein Teil der geladenen Teilchen wird durch das Magnetfeld des Schwarzen Lochs beschleunigt und als Jet in das All hinausgeschleudert.

Der genaue Ursprungsort der Jets konnte bis jetzt allerdings noch nicht beobachtet werden, denn im Zentimeter-Bereich, in dem solche Beobachtungen üblicherweise durchgeführt werden, sind die galaktischen Zentren undurchsichtig. Wie ein Astronomenteam in der Fachzeitschrift "Science" nun berichtete, löste es dieses Problem mit einem Radiointerferometer im Millimeterbereich. Ein weltweiter Teleskopverbund aus vier Antennen konnte das Zentrum der elliptischen Galaxie M87 bei einer Wellenlänge von 1,3 Millimetern hoch genug auflösen, um die dortige Struktur zu beobachten. M87 im Sternbild Jungfrau ist rund 54 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. In ihrem Zentrum befindet sich ein Schwarzes Loch mit einer Masse von rund sechs Milliarden Sonnen.

Die Beobachtungen ergaben, dass die Ausmaße der Startrampe um das Schwarze Loch rund 5,5 Schwarzschild-Radien betragen. Der Schwarzschild-Radius eines Schwarzen Lochs bezeichnet die Größe, unterhalb derer ein Himmelskörper auf Grund seiner hohen Dichte zu einem Schwarzen Loch kollabiert. Die Wissenschaftler schließen aus ihren Messungen, dass das rotierende Schwarze Loch von einer sich in die gleiche Richtung drehenden Akkretionsscheibe umgeben ist. Das ergaben theoretische Berechnungen. Prinzipiell ist es zwar auch möglich, dass ein Jet entsteht, wenn sich die Akkretionsscheibe in die entgegengesetzte Richtung zum Schwarzen Loch dreht. Dann müsste ihr Radius allerdings größer sein als der für M87 gemessene Wert.

Schon zuvor hatten Wissenschaftler vermutet, dass die Entstehung relativistischer Jets mit den Drehrichtungen im galaktischen Zentrum zusammenhängt. Darüber hinaus wird angenommen, dass sich auch die Struktur des Jets abhängig von der Rotation ändern kann. Zwar hat das Astronomenteam innerhalb ihrer dreitätigen Beobachtungsphase keine solchen Veränderungen gefunden. Jedoch hat es gezeigt, dass sich große Interferometer im Millimeterbereich dazu eignen, die Startrampen von gebündelten Teilchenstrahlen aufzulösen und die Vorgänge in ihnen genauer zu ergründen.