VLBA-Bild des Quasars 3C 273 mit seinem langen Strahl. Bildnachweis: NRAO. Klicken um zu vergrößern.
Als zwei Forscher das Radioteleskop Very Long Baseline Array (VLBA) der National Science Foundation auf einen berühmten Quasar richteten, suchten sie nach Beweisen, um eine populäre Theorie zu stützen, warum die superschnellen Partikelstrahlen, die aus Quasaren strömen, auf enge Ströme beschränkt sind. Stattdessen bekamen sie eine Überraschung, die laut einem der Astronomen „die Theoretiker zurück an die Zeichenbretter schicken könnte“.
"Wir haben die Beweise gefunden, nach denen wir gesucht haben, aber wir haben auch ein zusätzliches Beweisstück gefunden, das dem zu widersprechen scheint", sagte Robert Zavala, Astronom an der Station Flagstaff in Arizona des US Naval Observatory. Zavala und Greg Taylor vom National Radio Astronomy Observatory und vom Kavli Institute of Particle Astrophysics and Cosmology präsentierten ihre Ergebnisse auf dem Treffen der American Astronomical Society in Minneapolis, Minnesota.
Quasare werden im Allgemeinen als supermassereiche Schwarze Löcher an den Kernen von Galaxien angesehen, wobei das Schwarze Loch, das von einer sich drehenden Materialscheibe umgeben ist, unaufhaltsam in den Gravitationsschlund des Schwarzen Lochs gezogen wird. Durch Prozesse, die noch nicht gut verstanden sind, werden starke Partikelstrahlen mit einer Geschwindigkeit nach außen getrieben, die nahezu der des Lichts entspricht. Ein populäres theoretisches Modell besagt, dass Magnetfeldlinien in der sich drehenden Scheibe eng miteinander verdrillt sind und die sich schnell bewegenden Teilchen in schmale „Strahlen“ einschließen, die von den Polen der Scheibe strömen.
1993 schlugen der Astrophysiker Roger Blandford von der Stanford University und dem Kavli Institute vor, dass ein solches verdrilltes Magnetfeld ein eindeutiges Muster bei 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 in der Astronomie zu erstellen, um Beweise für Blandfords vorhergesagtes Muster in einem bekannten Quasar namens 3C 273 zu suchen.
„Wir haben genau gesehen, was Blandford vorausgesagt hat, und die Idee eines verdrillten Magnetfelds unterstützt. Wir haben jedoch auch ein anderes Muster gesehen, das durch ein solches Feld nicht erklärt wird “, sagte Zavala.
In technischer Hinsicht sollte das verdrillte Magnetfeld eine stetige Änderung oder einen Gradienten des Betrags verursachen, um den die Ausrichtung (Polarisation) der Radiowellen gedreht wird, wenn man über die Breite des Strahls schaut. Dieser Gradient zeigte sich in den VLBA-Beobachtungen. Bei einem verdrillten Magnetfeld sollte jedoch der Prozentsatz der Wellen, die ähnlich ausgerichtet oder polarisiert sind, in der Mitte des Strahls 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-Magnetfield-Modell nicht stimmt oder dass seine Auswirkungen durch Wechselwirkungen zwischen dem Jet und dem interstellaren Medium, durch das er bohrt, ausgewaschen werden. "In jedem Fall müssen sich die Theoretiker an die Arbeit machen, um herauszufinden, wie dies geschehen kann", sagte Zavala.
Als Blandford über die neuen Ergebnisse informiert wurde, sagte er: "Diese Beobachtungen sind gut genug, um eine Weiterentwicklung der Theorie zu rechtfertigen."
3C 273 ist einer der bekanntesten Quasare in der Astronomie und wurde 1963 als erster als sehr weit entferntes Objekt anerkannt. Der Caltech-Astronom Maarten Schmidt arbeitete am Nachmittag des 5. Februar dieses 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 verblüfft über diese Entwicklung ..." Nur wenige Minuten später, sagte er, traf er seinen Kollegen Jesse Greenstein, der einen anderen Quasar studierte, in einem Flur. In wenigen Minuten stellten sie fest, dass auch die zweite ziemlich weit entfernt war. 3C 273 ist im Sternbild Jungfrau etwa zwei Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und in mittelgroßen Amateurteleskopen sichtbar.
Die VLBA besteht aus zehn Radioteleskopantennen mit einer Schale von jeweils 25 Metern Durchmesser und einem Gewicht von 240 Tonnen. Von Mauna Kea auf der großen Insel Hawaii bis nach 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 eingeweiht und kann feine Details erkennen, die der Fähigkeit entsprechen, in New York zu stehen und in Los Angeles eine Zeitung zu lesen.
"Die extrem scharfe Radio-Vision der VLBA war für diese Arbeit absolut notwendig", erklärte Zavala. "Wir haben die höchsten Funkfrequenzen verwendet, bei denen wir den Jet des 3C273 erkennen konnten, um die Details zu maximieren, die wir erhalten konnten, und dieser Aufwand hat sich mit großer 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
