Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

H.E.S.S. blickt in den "Maschinenraum" einer Galaxie

27.10.2006
Internationales Forscherteam weist variable Emission hochenergetischer Strahlung aus dem Zentralbereich der riesigen Radiogalaxie M87 nach

Über die Entdeckung schnell veränderlicher, sehr hochenergetischer Gamma-Strahlung aus der riesigen Radiogalaxie M87 berichten Astrophysiker der internationalen H.E.S.S.-Forschergruppe in der Online Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Science" (Science Express, 26. Oktober 2006) M87 ist die bislang einzige Radiogalaxie, aus der Gamma-Strahlung höchster Energien nachgewiesen wurde - mit Energien, die eine Million mal eine Million mal energiereicher sind als das sichtbare Licht. Besonders überraschend ist die Beobachtung, dass sich die Intensität dieser Strahlung innerhalb von nur wenigen Tagen drastisch ändern kann. Derart schnelle Änderungen des Strahlungsflusses lassen sich nur dadurch erklären, dass die Quellregion der hochenergetischen Gamma-Strahlung ungewöhnlich kompakt ist. Die einzige dafür in Frage kommende Region ist die unmittelbare Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum von M87.


Die Radiogalaxie M87 im Optischen: Der helle Zentralbereich, in dem sich das Schwarze Loch befindet und aus dem die hochenergetische Gamma-Strahlung nachgewiesen wurde, befindet sich oben links, der relativistische Plasmastrom erstreckt sich nach unten rechts. Bild: Hubble Space Telescope (HST)

Gamma-Strahlung ist elektromagnetische Strahlung, wie auch sichtbares oder Röntgenlicht, jedoch mit einer viel höheren Energie. Die Energie des sichtbaren Lichts liegt im Bereich eines Elektronvolts (1 eV), einer Energie-Einheit der Physiker. Röntgenstrahlen haben einige 100 eV bis einige zig tausend Elektronenvolt. H.E.S.S. weist Gamma-Strahlen mit Energien bis zu tausend Milliarden Elektronenvolt nach, auch Tera-Elelektronvolt, TeV, genannt. Diese sehr hochenergetischen Gamma-Strahlen sind sehr selten: Sogar im Falle starker kosmischer Quellen trifft nur etwa ein Gamma-Quant pro Monat pro Quadratmeter auf unsere Erdatmosphäre.

Im Zentrum vieler Galaxien vermuten Wissenschaftler heute ein massives Schwarzes Loch mit einer Masse, die Millionen bis Milliarden Sonnenmassen erreichen kann. Wenn dieses Schwarze Loch die umgebende Materie ansaugt, so können sich Materieströme relativistischer Teilchen ausbilden, die sich mit annähernder Lichtgeschwindigkeit bewegen. Man spricht dann von einer "aktiven Galaxie". Zeigt ein solcher Materiestrom auf die Erde, so nennt man die entsprechende Galaxie einen Blazar. Blazare sind die einzigen aktiven Galaxien, von denen bisher hochenergetische Gamma-Strahlung nachgewiesen wurde - mit der bislang einzigen Ausnahme der viel näher gelegenen Radiogalaxie M87.

Das H.E.S.S.-Team, eine internationale zusammengesetzte Forschergruppe von Astrophysikern und Teilchenphysikern, berichtet nun über die Entdeckung hochenergetischer Gamma-Strahlung aus der Radiogalaxie M87. Die Forschergruppe betreibt in Namibia ein System aus vier so genannten Cherenkov-Teleskopen, mit dem sie die Gamma-Strahlung der nahegelegenen Radiogalaxie M87 in den letzten vier Jahren gemessen haben. Das überraschende Ergebnis dabei ist, dass sich die Intensität dieser Strahlung zum Teil innerhalb von nur wenigen Tagen drastisch ändert.

Die Radiogalaxie M87 befindet sich im Virgo-Galaxienhaufen, 50 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Das Zentrum von M87 beherbergt ein supermassives Schwarzes Loch mit einer Masse von drei Milliarden Sonnenmassen. Aus dem zentralen Bereich von M87 tritt ein relativistischer Plasmastrom aus, ein so genannter Jet, der in optischen, Radio- und Röntgen-Aufnahmen sichtbar ist. Im Gegensatz zu den bislang nachgewiesenen extragalaktischen Quellen sehr hochenergetischer Gamma-Strahlung (Blazare) zeigt der Plasmastrom von M87 aber nicht direkt auf die Erde, sondern weist mit einem Winkel von 30 Grad an ihr vorbei. Die aus Blazaren nachgewiesene Gamma-Strahlung wird vermutlich in den Plasmaströmen erzeugt, wobei die Intensität und Energie der Strahlung aufgrund der hohen Geschwindigkeit des Plasmastroms in Richtung des Stroms gebündelt und verstärkt wird. Solch gebündelte Strahlung aus dem Jet in M87 würde aber die Erde gar nicht treffen. M87 stellt daher vermutlich einen ganz neuen Typ extragalaktischer Quellen von hochenergetischer Strahlung dar.

Erste Anzeichen hochenergetischer Gamma-Strahlung aus M87 wurden im Jahre 1998 von den HEGRA-Teleskopen, einem Vorgängerexperiment, entdeckt. Die Messungen der H.E.S.S.-Teleskope stellen dieses Ergebnis nun auf eine solide Basis. Die Emission von M87 ist sehr schwach, und keine andere Radiogalaxie wurde bislang im sehr hochenergetischen Gamma-Bereich nachgewiesen - vermutlich deshalb, weil die meisten Radiogalaxien weiter entfernt sind als M87.

Aus der Zeitskala der Variabilität lässt sich die maximale Ausdehnung der Region bestimmen, aus der die Gamma-Strahlung kommt. Da die Gamma-Quanten aus den weiter entfernt gelegenen Bereichen der Quellregion länger zu uns brauchen, kann die gemessene Variabilitäts-Zeitskala nicht viel kürzer sein, als die Zeit, die die Strahlung benötigt, um die Quellregion zu durchqueren. Diese Methode wird häufig verwendet, um die Größe der Quellregion eines weit entfernten Objekts zu bestimmen und kann insbesondere auch dann benutzt werden, wenn die Quellregion so klein ist, dass sie mit anderen Techniken gar nicht mehr aufgelöst werden kann.

Die von H.E.S.S. gemessene Variabilitäts-Zeitskala der hochenergetischen Strahlung von M87 ist mit wenigen Tagen sehr kurz - kürzer als in jedem anderen Wellenlängenbereich. Die Quellregion der hochenergetischen Strahlung kann demnach nur etwa so groß sein wie unser Sonnensystem (1013 Meter, nur etwa 0,000001 Prozent der Größe der gesamten Radiogalaxie M87). "Dies ist nicht viel größer als der Ereignishorizont des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum von M87", bemerkt Dr. Matthias Beilicke, einer der beteiligten Wissenschaftler von der Universität Hamburg. "Relativistische Effekte, die in den sonstigen, bislang nachgewiesenen extragalaktischen Quellen (Blazare) eine Rolle spielen und die den Zusammenhang zwischen Zeitvariation und Quellgröße modifizieren, sollten im Fall von M87 von untergeordneter Bedeutung sein, da der Plasmastrom von M87 nicht auf die Erde gerichtet ist."

Die hochenergetische Gammastrahlung entsteht damit höchstwahrscheinlich in der unmittelbaren Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum von M87; andere Strukturen in M87, wie beispielsweise der Plasmastrom, haben tendenziell größere Dimensionen. Die Physik der Emissionsprozesse ist allerdings noch nicht wirklich verstanden. Wegen der Nähe zum Schwarzen Loch diskutieren die Forscher auch ganz neuartige Mechanismen: So könnten Wasserstoffkerne im Feld eines rotierenden Schwarzen Lochs auf extreme Energien beschleunigt werden und dann Gamma-Quanten abstrahlen. In der Umgebung des Schwarzen Lochs wird auch ein Teil der von diesem angesaugten Materie in den relativistischen Plasmastrom umgeleitet; ein Vorgang, der ebenfalls noch nicht genau verstanden ist. Die Tatsache, dass hochenergetische Gamma-Strahlung ungehindert aus dieser "aktiven" Region entkommen kann, mag auf den ersten Blick erstaunen. Dies ist jedoch möglich, da in das Schwarze Loch in M87 offensichtlich vergleichsweise wenig Materie einfällt und es im Vergleich zu vielen anderen Schwarzen Löchern noch eine eher "harmlose" Umgebung darstellt.

Mit dieser neuen sowie den vorangegangenen Entdeckungen extragalaktischer Quellen liefert H.E.S.S. einen wichtigen Beitrag zur Entschlüsselung der Prozesse, die zur Entstehung außerordentlich hochenergetischer Gamma-Quanten führen. Die Radiogalaxie M87 stellt ein einzigartiges Labor zur Untersuchung des Kerns einer solchen aktiven Galaxie dar, in deren Zentrum ein Schwarzes Loch als kraftvoller "Motor" die geladenen Teilchen auf extrem hohe Energien beschleunigt. M87 kann man mit den zahlreicheren, aber weiter entfernten Blazaren vergleichen, in denen jedoch im Gegensatz zu M87 der Plasmastrom unseren Blick auf die Zentralregion verbirgt. Mit Hilfe von H.E.S.S. gelang nun im Falle von M87 ein klarer Einblick in den "Maschinenraum" einer Galaxie. Dieser wird zu einem besseren Verständnis extragalaktischer Quellen hochenergetischer Gamma-Strahlung führen.

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Galaxie Gamma-Quant Gamma-Strahlung Plasmastrom Radiogalaxie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen
13.07.2018 | Technische Universität München

nachricht MAGIC-Teleskope finden Entstehungsort von seltenem kosmischen Neutrino
13.07.2018 | Max-Planck-Institut für Physik

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: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Im Focus: First evidence on the source of extragalactic particles

For the first time ever, scientists have determined the cosmic origin of highest-energy neutrinos. A research group led by IceCube scientist Elisa Resconi, spokesperson of the Collaborative Research Center SFB1258 at the Technical University of Munich (TUM), provides an important piece of evidence that the particles detected by the IceCube neutrino telescope at the South Pole originate from a galaxy four billion light-years away from Earth.

To rule out other origins with certainty, the team led by neutrino physicist Elisa Resconi from the Technical University of Munich and multi-wavelength...

Im Focus: Magnetische Wirbel: Erstmals zwei magnetische Skyrmionenphasen in einem Material entdeckt

Erstmals entdeckte ein Forscherteam in einem Material zwei unabhängige Phasen mit magnetischen Wirbeln, sogenannten Skyrmionen. Die Physiker der Technischen Universitäten München und Dresden sowie von der Universität zu Köln können damit die Eigenschaften dieser für Grundlagenforschung und Anwendungen gleichermaßen interessanten Magnetstrukturen noch eingehender erforschen.

Strudel kennt jeder aus der Badewanne: Wenn das Wasser abgelassen wird, bilden sie sich kreisförmig um den Abfluss. Solche Wirbel sind im Allgemeinen sehr...

Im Focus: Neue Steuerung der Zellteilung entdeckt

Wenn eine Zelle sich teilt, werden sämtliche ihrer Bestandteile gleichmässig auf die Tochterzellen verteilt. UZH-Forschende haben nun ein Enzym identifiziert, das sicherstellt, dass auch Zellbestandteile ohne Membran korrekt aufgeteilt werden. Ihre Entdeckung eröffnet neue Möglichkeiten für die Behandlung von Krebs, neurodegenerative Krankheiten, Alterungsprozessen und Virusinfektionen.

Man kennt es aus der Küche: Werden Aceto balsamico und Olivenöl miteinander vermischt, trennen sich die beiden Flüssigkeiten. Runde Essigtropfen formen sich,...

Im Focus: Magnetic vortices: Two independent magnetic skyrmion phases discovered in a single material

For the first time a team of researchers have discovered two different phases of magnetic skyrmions in a single material. Physicists of the Technical Universities of Munich and Dresden and the University of Cologne can now better study and understand the properties of these magnetic structures, which are important for both basic research and applications.

Whirlpools are an everyday experience in a bath tub: When the water is drained a circular vortex is formed. Typically, such whirls are rather stable. Similar...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

Conference on Laser Polishing – LaP: Feintuning für Oberflächen

12.07.2018 | Veranstaltungen

Materialien für eine Nachhaltige Wasserwirtschaft – MachWas-Konferenz in Frankfurt am Main

11.07.2018 | Veranstaltungen

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

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation

13.07.2018 | Informationstechnologie

Fachhochschule Südwestfalen entwickelt innovative Zinklamellenbeschichtung

13.07.2018 | Materialwissenschaften

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