Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

BL Lacertae - die heißeste Feuerstelle im All

26.01.2016

Im Zentrum der 900 Millionen Lichtjahren entfernten aktiven Galaxie BL Lacertae lauert ein schwarzes Loch. Aus seiner unmittelbaren Umgebung wird Radiostrahlung ausgesendet. Ihr galt jetzt die Beobachtung eines Verbunds aus mehreren Teleskopen; das Weltraumobservatorium Spektr-R war ebenso dabei wie die 100-Meter-Antenne Effelsberg sowie 14 weitere über die ganze Erde verteilte Teleskope. Dabei haben Forscher alle gemessenen Signale an einem Spezialrechner (Korrelator) im Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie miteinander verbunden. Auf diese Weise entstand ein virtuelles Teleskop von achtfachem Erddurchmesser – und das bisher schärfste Bild in der Astronomie.

Seit 1974 werden im Zuge der “Very Long Baseline Interferometrie” (VLBI) gleichzeitig mit unterschiedlichen über die ganze Erde verteilten Radioteleskopen gemessene Signale von Himmelsobjekten miteinander kombiniert.


Radiobild von BL Lac bei 1,3 cm Wellenlänge. Die elliptische Umlaufbahn des Weltraum-Radioteleskops führt zu einer ausgeprägten Richtungsabhängigkeit der Winkelauflösung.

nach Vorlage aus J.L. Gomez et al., The Astrophysical Journal


RadioAstron-Bild von BL Lac im Vergleich zur Oortschen Kometenwolke und zum nächsten Nachbarstern, Alpha Centauri, gesehen aus 900 Millionen Lichtjahren Entfernung.

MPIfR/A. Lobanov

Dadurch erhält man ein virtuelles Radioteleskop von der Größe des maximalen Abstands zwischen den beteiligten Einzelteleskopen und kann so eine bisher unerreichte Schärfe in den resultierenden Radiobildern erzeugen, die sogar die Winkelauflösung des Weltraumteleskops „Hubble“ im sichtbaren Licht um mehr als das 1000fache übertrifft.

Ein internationales Forschungsteam hat nun durch die Verbindung von 15 bodengebundenen Radioteleskopen mit dem 10m-Weltraumteleskop Spektr-R der vom „Astro Space Center“ in Moskau geleiteten RadioAstron-Mission alle Rekorde gebrochen.

Durch die Teilnahme des 100-m-Radioteleskops Effelsberg mit seiner großen Sammelfläche wird das Projekt außerordentlich empfindlich für den Nachweis von extrem schwacher kosmischer Radiostrahlung. Die spezielle Analyse (oder „Korrelation“) zur Verbindung der Radiomessungen von einzelnen Teleskopen zu einem virtuellen Riesenteleskop wurde dabei am Korrelator des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn durchgeführt.

Die Untersuchung von BL Lacertae (BL Lac) führt zu neuen Erkenntnissen über die Natur von aktiven Galaxien, bei denen ein extrem massereiches Schwarzes Loch im Zentrum Materie verschluckt. Im Zuge dieses Vorgangs werden hochenergetische Teilchen entlang von Magnetfeldern bis fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und in Form zweier stark gebündelter „Jets“ in entgegengesetzten Richtungen hinausgeschossen.

Bei entsprechender Geometrie wie bei BL Lac erscheint die Strahlung des Jets zum Beobachter hin viel heller, während die des entgegengesetzten Jets oft unter der Nachweisgrenze liegt. BL Lac liegt in Richtung des Sternbilds „Lacerta“ (die Eidechse) in einer Entfernung von rund 900 Millionen Lichtjahren.

Die Beobachtung in Radiowellenlängen ist sehr wichtig für die Erforschung der Jets, da bei der fast lichtschnellen Bewegung von hochenergetischen Elektronen in Magnetfeldern Radiostrahlung erzeugt wird. Aber die meisten aktiven Galaxien mit ausgeprägten Jets liegen in Entfernungen von mehreren Milliarden Lichtjahren, so dass die Jets eine extrem geringe Ausdehnung am Himmel zeigen. Daher werden Messungen mit höchster Winkelauflösung erforderlich, um die Jets im Detail zu erfassen und Phänomene wie Stoßwellen oder Turbulenz zu untersuchen, von denen es abhängt, wieviel Strahlung dabei jeweils freigesetzt wird.

„Die erstmalige Verbindung von bodengebundenen Radioteleskopen mit dem Weltraumteleskop des RadioAstron-Projekts bei höchster Winkelauflösung hat es uns möglich gemacht, mit einem virtuellen Radioteleskop von achtfachem Erddurchmesser eine Winkelauflösung von nur etwa 20 Mikro-Bogensekunden zu erreichen“, sagt José L. Gómez vom „Instituto de Astrofísica de Andalucía-CSIC“, der Leiter des Forschungsteams.

Von der Erde aus gesehen, entsprechen 20 Mikro-Bogensekunden der Größe einer Zwei-Euro-Münze auf dem Mond. Mit derart hoher Winkelauflösung lässt sich die Kernregion von BL Lac in vorher nicht erreichter Genauigkeit untersuchen. Das Zentralobjekt dieser Galaxie ist ein supermassereiches Schwarzes Loch mit 200 Millionen mal der Masse unserer Sonne.

Die Kernregionen aktiver Galaxien (Active galactic nuclei, AGN) stellen die energiereichsten Objekte überhaupt im Kosmos dar, angetrieben jeweils durch ein extrem massereiches Schwarzes Loch im Zentrum. Die Anreicherung von Materie in Richtung des Zentralobjekts (Akkretion) führt zur Entstehung einer Akkretionsscheibe, die das Schwarze Loch in extrem geringem Abstand umkreist, sowie zweier Materiejets, in denen fast auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigte Teilchen in entgegengesetzten Richtungen jeweils senkrecht zur Scheibe herausgeschossen werden.

„Die vorher nicht erreichte Winkelauflösung, die uns RadioAstron liefert, ermöglicht einen einzigartigen Blick in die innerste Region der Galaxien, wo der größte Teil der Energie erzeugt wird“, bemerkt Yuri Kovalev vom „Astro Space Center“, Projektwissenschaftler für RadioAstron und ebenfalls Mitglied des BL-Lac-Forschungsteams.

Die gängigen Modellannahmen für AGN besagen, dass aufgrund der Rotation des zentralen Schwarzen Lochs und der umgebenden Akkretionsscheibe magnetische Feldlinien spiralförmig verbogen werden. Ein derart „aufgerolltes“ Magnetfeld begrenzt einen Jet zu einem sehr engen Strahl und beschleunigt die Bewegung der darin enthaltenen Teilchen. Ein solches Modell wird durch die neuen Beobachtungen von BL Lac bestätigt; sie zeigen ein ausgedehntes spiralförmiges Magnetfeld in einem der Jets.

Das mit RadioAstron erhaltene Bild zeigt auch eine ungewöhnlich hohe Intensität der beobachteten Strahlung am oberen Ende des Jets von BL Lac, wie es so noch in keinem anderen AGN beobachtet werden konnte. Das bringt die beteiligten Forscher zu der Frage, ob lange bewährte Annahmen darüber, wie die Radiostrahlung in den Jets erzeugt wird, überhaupt noch gültig sind.

“In BL Lac blicken wir sozusagen in die heißeste bisher entdeckte kosmische Feuerstelle, in der Materie extrem effektiv in Energie umgesetzt wird. Es wären Temperaturen von weit mehr als einer Billion Grad erforderlich, wenn wir das hier auf der Erde nachmachen wollten“, sagt der ebenfalls am Forschungsprojekt beteiligte Andrei Lobanov vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

“Unser aktuelles Verständnis darüber, wie Strahlung in den Zentren aktiver Galaxien
erzeugt wird, liefert einen eindeutigen Grenzwert für die Stärke des Radiosignals, das über einen längeren Zeitraum in der Kernregion erzeugt werden kann. Die extrem hohe Intensität des in BL Lac beobachteten Signals überschreitet diesen Grenzwert. Entweder sind die Geschwindigkeiten im Jet noch viel näher an der Lichtgeschwindigkeit als bisher von uns angenommen, oder wir kommen nicht umhin, unsere theoretischen Modelle zu ändern“, schließt José L. Gómez.


Das Projekt RadioAstron wird vom “Astro Space Center” des Lebedev-Physikinstituts der russischen Akademie der Wissenschaften zusammen mit der “Lavochkin Association” im Auftrag der russischen Raumfahrtagentur geleitet, in Zusammenarbeit mit Partnerorganisationen in Russland und weiteren Ländern.

Die Spektr-R Antenne von RadioAstron befindet sich auf einer elliptischen Umlaufbahn um die Erde, und erreicht im erdfernsten Punkt (Apogäum) einen maximalen Abstand von 350.000 km, entsprechend dem 27fachen Durchmessers der Erde.

Das europäische VLBI-Netzwerk (EVN) ist ein gemeinsames Projekt von radioastronomischen Forschungsinstituten in Europa, Afrika, Asien und Nordamerika.
Das vorliegende Forschungsprojekt basiert zum Teil auf Beobachtungen mit dem 100-m-Radioteleskop des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) bei Bad Münstereifel-Effelsberg.

Das “Very Long Baseline Array” (VLBA) ist eine Forschungsanlage des „National Radio Astronomy Observatory” (NRAO), einer Einrichtung der “National Science Foundation” (NSF) und wird von den „Associated Universities Inc.“ (AUI) betrieben.
Das Forschungsprojekt basiert auf radioastronomischen Beobachtungen, deren Auswertung an einem Spezialrechner („Korrelator“) im MPIfR in Bonn erfolgte. Der Korrelator wird gemeinsam vom MPIfR und vom Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG) betrieben.

Das Forscherteam umfasst José L. Gómez, den Erstautor, und Pablo Galindo, beide vom Instituto de Astrofisica de Andalucia-CSIC, Granada, Spanien, Andrei P. Lobanov, Gabriele Bruni, Uwe Bach und James Anderson vom MPIfR Bonn, Yuri Y. Kovalev, Kirill V. Sokolovsky, Nikolay S. Kardashev, und Mikhail M. Lisakov vom Astro Space Center, Lebedev Physical Institute, Russian Academy of Sciences, Moskau, Russland, Alan P. Marscher und Svetlana G. Jorstad vom Institute for Astrophysical Research, Boston University, Massachusetts, USA und Yosuke Mizuno vom Institut für Theoretische Physik der Universität Frankfurt..

Originalveröffentlichung:

J. L. Gómez et al. "Probing the innermost regions of AGN jets and their magnetic fields with Radioastron. I. Imaging BL Lacertae at 21 microarcsecond resolution". 2016, The Astrophysical Journal, Volume 817, Issue 2 (article 96) DOI: 10.3847/0004-637X/817/2/96

http://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/817/2/96

Kontakt:

Dr. Andrei Lobanov,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-191
E-mail: alobanov@mpifr-bonn.mpg.de

Prof. Dr. Anton Zensus
Direktor und Leiter der Forschungsabteilung „Radioastronomie/VLBI“
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-378
E-mail: azensus@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2016/1

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Weitere Informationen:
http://www.mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Vorstoß ins Innere der Atome
23.02.2018 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Quanten-Wiederkehr: Alles wird wieder wie früher
23.02.2018 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vorstoß ins Innere der Atome

Mit Hilfe einer neuen Lasertechnologie haben es Physiker vom Labor für Attosekundenphysik der LMU und des MPQ geschafft, Attosekunden-Lichtblitze mit hoher Intensität und Photonenenergie zu produzieren. Damit konnten sie erstmals die Interaktion mehrere Photonen in einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus einer inneren atomaren Schale beobachten konnten.

Wer die ultraschnelle Bewegung von Elektronen in inneren atomaren Schalen beobachten möchte, der benötigt ultrakurze und intensive Lichtblitze bei genügend...

Im Focus: Attoseconds break into atomic interior

A newly developed laser technology has enabled physicists in the Laboratory for Attosecond Physics (jointly run by LMU Munich and the Max Planck Institute of Quantum Optics) to generate attosecond bursts of high-energy photons of unprecedented intensity. This has made it possible to observe the interaction of multiple photons in a single such pulse with electrons in the inner orbital shell of an atom.

In order to observe the ultrafast electron motion in the inner shells of atoms with short light pulses, the pulses must not only be ultrashort, but very...

Im Focus: Good vibrations feel the force

Eine Gruppe von Forschern um Andrea Cavalleri am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) in Hamburg hat eine Methode demonstriert, die es erlaubt die interatomaren Kräfte eines Festkörpers detailliert auszumessen. Ihr Artikel Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, nun online in Nature veröffentlich, erläutert, wie Terahertz-Laserpulse die Atome eines Festkörpers zu extrem hohen Auslenkungen treiben können.

Die zeitaufgelöste Messung der sehr unkonventionellen atomaren Bewegungen, die einer Anregung mit extrem starken Lichtpulsen folgen, ermöglichte es der...

Im Focus: Good vibrations feel the force

A group of researchers led by Andrea Cavalleri at the Max Planck Institute for Structure and Dynamics of Matter (MPSD) in Hamburg has demonstrated a new method enabling precise measurements of the interatomic forces that hold crystalline solids together. The paper Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics, published online in Nature, explains how a terahertz-frequency laser pulse can drive very large deformations of the crystal.

By measuring the highly unusual atomic trajectories under extreme electromagnetic transients, the MPSD group could reconstruct how rigid the atomic bonds are...

Im Focus: Verlässliche Quantencomputer entwickeln

Internationalem Forschungsteam gelingt wichtiger Schritt auf dem Weg zur Lösung von Zertifizierungsproblemen

Quantencomputer sollen künftig algorithmische Probleme lösen, die selbst die größten klassischen Superrechner überfordern. Doch wie lässt sich prüfen, dass der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Von festen Körpern und Philosophen

23.02.2018 | Veranstaltungen

Spannungsfeld Elektromobilität

23.02.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vorstoß ins Innere der Atome

23.02.2018 | Physik Astronomie

Wirt oder Gast? Proteomik gibt neue Aufschlüsse über Reaktion von Rifforganismen auf Umweltstress

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Wie Zellen unterschiedlich auf Stress reagieren

23.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics