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Astrophysik: Ein Knoten im galaktischen Jet

Erstmals konnten Astronomen beobachten, wie die nahe gelegene Spiralgalaxie Messier 81 einen sehr hellen Ausbruch im Bereich der Radiowellen durchlief. Der Ausbruch ereignete sich im Jahr 2011 und wurde über mehrere Wochen hinweg in unterschiedlichen Wellenlängen untersucht.
Die Spiralgalaxien Messier 81 und Messier 82 im Sternbild Großer Bär (Übersichtsaufnahme)

Die Spiralgalaxie Messier 81 im Sternbild Großer Bär ist mit einer Entfernung von rund zwölf Millionen Lichtjahren eine der uns nächsten aktiven Galaxien. Sie beherbergt in ihrem Zentrum ein massereiches Schwarzes Loch mit dem 70-Millionen-Fachen einer Sonnenmasse. Das Schwarze Loch ist von einer rotierenden Akkretionsscheibe aus Gas und Staub umgeben, von der zwei Gasstrahlen (Jets) in Richtung der Rotationspole der Scheibe ausgehen. Nun konnten Forscher um Ashley L. King an der kalifornischen Stanford University bei M 81 erstmals einen Ausbruch im Bereich der Radiowellen beobachten. Er ereignete sich im Jahr 2011 und weckte das Interesse der Astronomen. Sie sorgten dafür, dass in der Folge die Galaxie und ihr aktiver Kern in unterschiedlichen Wellenlängen beobachtet wurde. Unter anderem wurden der Röntgensatellit Swift und das Very Long Baseline Array (VLBA), ein weltweiter Verbund von Radioteleskopen, eingesetzt.

Der Jet von Messier 81 | Im Jet der Galaxie Messier 81 im Sternbild Großer Bär konnte ein diskreter Knoten in verschiedenen Wellenlängen beobachtet werden, der vom zentralen massereichen Schwarzen Loch ausgestoßen wurde (künstlerische Darstellung).

Swift registrierte einen Ausbruch im niedrigenergetischen Röntgenbereich bei Energien von 0,5 bis 2 Kiloelektronvolt an der Quelle, wo zuvor nichts zu sehen war. Er ging einer weiteren Aufhellung im Radiowellenbereich voraus. Von diesem lieferte das VLBA eine ganze Serie hoch aufgelöster Radiokarten mit einer räumlichen Auflösung von weniger als einer Millibogensekunde. Auf ihnen ließ sich im Jet erstmals ein kompakter Knoten erkennen, der mit rund der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit vom Kern von M 81 davonrauschte. Bei solch hohen Werten wird auch von relativistischen Geschwindigkeiten gesprochen. Bislang waren solche Gebilde nur in Jets von aktiven Galaxien beobachtet worden, deren zentrale Schwarze Löcher sehr viel mehr Materie verschlingen als M 81. Der Nachweis eines solchen radiohellen Knotens belegt nun, dass auch leuchtschwache aktive Galaxien einen derartigen Ausbruch hervorbringen können.

Es gibt einen klaren Zusammenhang zwischen der Helligkeit im Röntgenlicht (abhängig von der Akkretionsrate des Schwarzen Lochs), der Helligkeit im Radiowellenbereich (gekoppelt mit der Energie des relativistischen Jets) und der Masse des Schwarzen Lochs. Dessen Masse kann zwischen einigen wenigen Sonnenmassen bis hin zu Milliarden Sonnenmassen betragen. Diese Eigenschaften spannen eine so genannte Fundamentalebene der Aktivität eines Schwarzen Lochs auf. Dabei scheint die Akkretionsrate, also die Rate, mit der das Schwarze Loch Materie aufnimmt, über die Helligkeit des jeweiligen Systems zu bestimmen. Allerdings zeigen Beobachtungen von stellaren Schwarzen Löchern in Röntgendoppelsternen drastische Änderungen im Flussverhalten der aufgenommenen Materie und der Intensität der Jets. Sie ist abhängig davon, wie viel Materie gerade vom Schwarzen Loch aufgenommen wird. In solchen Systemen führen niedrige Akkretionsraten zu ruhigen Jets, während es bei hohen Raten zu Ausbrüchen bei der Radiostrahlung und dem Erscheinen von Knoten in den Jets kommt. Diese Knoten bewegen sich mit relativistischen Geschwindigkeiten. Offenbar gilt das Gleiche nun auch im galaktischen Maßstab.

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