Astronomen haben Gammastrahlen entdeckt, die aus der Nähe des supermassiven Schwarzen Lochs im Herzen der Galaxie M87 strömen. Ein spezielles Instrument namens H.E.S.S. in Namibia kann erkennen, wann diese Strahlen auf unsere Atmosphäre treffen, und die Quelle zurückverfolgen. Astronomen haben festgestellt, dass eine Region, die nicht viel größer als unser Sonnensystem um das Schwarze Loch ist, für diese Ausgießung von Gammastrahlen verantwortlich ist. Das Schwarze Loch wirkt wie ein Beschleuniger für kosmische Teilchen.
Ein internationales Team von Astrophysikern der H.E.S.S. Die Zusammenarbeit hat die Entdeckung einer kurzfristigen Variabilität des Flusses von Gammastrahlen mit sehr hoher Energie (VHE) aus der Funkgalaxie M 87 angekündigt. In Namibia hat die Zusammenarbeit ein Detektionssystem namens Cherenkov-Teleskope gebaut und betrieben, das ermöglicht die Erfassung dieser Gammastrahlen vom Boden aus (siehe Hinweise). Das Team hat dieses System auf eine nahe gelegene Galaxie, M 87, gerichtet und in den letzten vier Jahren VHE-Gammastrahlen entdeckt. Die wirkliche Überraschung ist jedoch, dass sich die Intensität der Emission gelegentlich innerhalb weniger Tage drastisch ändert.
Die riesige Funkgalaxie M 87
Diese 50 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie im Sternbild Jungfrau beherbergt ein supermassives Schwarzes Loch mit 3.000 Millionen Sonnenmassen, von dem ein Strahl aus Partikeln und Magnetfeldern ausgeht. Im Gegensatz zu zuvor beobachteten extragalaktischen Quellen von VHE-Gammastrahlen - bekannt als Blazare - zeigt der Strahl in M 87 jedoch nicht auf die Erde, sondern ist in einem Winkel von etwa 30 ° zu sehen. Bei Blazaren wird angenommen, dass Gammastrahlen im Strahl emittiert, um die Strahlrichtung kollimiert und durch die relativistische Bewegung der Strahlteilchen in ihrer Energie und Intensität verstärkt werden. M 87 stellt daher einen neuen Typ einer extragalaktischen Gammastrahlenquelle dar.
Ein erster Hinweis auf die VHE-Gammastrahlenemission von M 87 wurde 1998 mit den HEGRA Cherenkov-Teleskopen (eines der Vorläuferexperimente für H.E.S.S.) gesehen. Mit dem H.E.S.S. Ergebnisse Diese Indikationen werden nun mit größerem Vertrauen bestätigt. Der Fluss der VHE-Gammastrahlen von M 87 ist ziemlich schwach; Bisher wurde keine andere Radiogalaxie in VHE-Gammastrahlen gesehen, wahrscheinlich weil die meisten weiter entfernt sind als die relativ nahe gelegene M 87.
Welche kurze zeitliche Variabilität sagt uns
Die Zeitskala der Variabilität ist ein Indikator für die maximale Größe des Emissionsbereichs. Da Gammastrahlen vom hinteren Ende des Emissionsbereichs länger wandern, bis sie uns erreichen, können die Variabilitätszeitskalen nicht viel kürzer sein als die Zeit, die Gammastrahlen benötigen, um den Emissionsbereich zu durchqueren. Solche Variabilitätsmessungen werden häufig verwendet, um die Größe der Emissionsstelle in entfernten Objekten zu beschränken, häufig mit größerer Genauigkeit als durch Messen der Objektgröße basierend auf der Winkelausdehnung am Himmel. Die von H.E.S.S. in M 87 ist extrem kurz und kürzer als bei jeder anderen Wellenlänge. Dies zeigt uns, dass die Größe der Region, die die VHE-Gammastrahlen erzeugt, ungefähr der Größe unseres Sonnensystems entspricht (1013 m, nur etwa 0,000001% der Größe der gesamten Funkgalaxie M 87). „Dies ist nicht viel größer als der Ereignishorizont des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum von M 87“, sagt Matthias Beilicke, ein H.E.S.S. Wissenschaftler an der Universität Hamburg.
Diese Beobachtung macht die unmittelbare Nähe des zentralen Schwarzen Lochs von M 87 zum wahrscheinlichsten Ort für die Erzeugung von VHE-Gammastrahlen; andere Strukturen in den Jets von M 87 neigen dazu, größere Maßstäbe zu haben. Die Physik der Produktionsprozesse muss noch bestimmt werden, und aufgrund der Nähe des Schwarzen Lochs, die diese Entdeckung durch die H.E.S.S. Team hat demonstriert. Es ist wahrscheinlich, dass wir es mit einem anderen Produktionsmechanismus zu tun haben als mit den Blazaren, deren Jets auf uns zeigen. In dieser Region in der Nähe des Schwarzen Lochs erzeugt die Materie, die aus dem Schwarzen Loch angesammelt wird, auch den relativistischen Plasmastrahl - ein Prozess, der im Allgemeinen noch nicht vollständig verstanden ist. Dass Gammastrahlen aus diesem gewalttätigen Bereich entweichen können, mag überraschend erscheinen, ist jedoch möglich, da das Schwarze Loch in M 87 im Vergleich zu anderen Schwarzen Löchern Materie mit relativ geringer Geschwindigkeit ansammelt. Man kann auch nicht ausschließen, dass relativistische Effekte, wie sie in anderen extragalaktischen Quellen auftreten, auf einer bestimmten Ebene dazu beitragen, aber da der Jet nicht auf uns zeigt, sind große relativistische Effekte unwahrscheinlich.
H.E.S.S. wegweisend
Mit dieser und früheren Entdeckungen extragalaktischer Quellen hat H.E.S.S. ist wegweisend für das Verständnis der Prozesse, die bei der Erzeugung dieser außerordentlich energetischen Photonen beteiligt sind. Die Radiogalaxie M 87 ist ein hervorragendes Labor zur Untersuchung des Kerns dieser Galaxien mit ihren supermassiven Schwarzen Löchern, die als Motoren dienen, um Partikel auf extrem hohe Energien zu beschleunigen und dabei VHE-Gammastrahlen abzugeben. Dieses Objekt kann untersucht und mit den zahlreicheren, aber weiter entfernten Blazaren verglichen werden, bei denen der Jet unsere Sicht auf die zentrale Quelle verdeckt. Für M 87 wissen wir jetzt, dass wir mit H.E.S.S. eine klare Sicht auf den Zentralmotor haben, was zu einem besseren Verständnis aller extragalaktischen VHE-Gammastrahlenquellen führt.
Originalquelle: Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft
