Tübinger Forscher erkunden die Umgebung eines schwarzen Lochs

Eine internationale Kollaboration von Astrophysikern unter Beteiligung der Arbeitsgruppe „Hochenergie-Astrophysik“ am Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen hat die sehr hochenergetische Gamma-Strahlung der prominenten Galaxie Messier 87 (M87) im Sternbild Jungfrau studiert. Es gelang der Nachweis von spektakulären Variationen des Gamma-Flusses bei Energien, die 1000 Milliarden Mal höher sind als das uns vertraute Licht der Sonne.

Der Fluss der Gamma-Strahlung variiert innerhalb von Tagen und deutet auf eine extrem kompakte Quelle hin. Die Ergebnisse der Beobachtungen mit dem H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System)-Teleskopsystem sind jetzt auch in der Fachzeitschrift Science Express veröffentlicht worden. Von der Tübinger Arbeitsgruppe „Hochenergie-Astrophysik“ sind daran die Wissenschaftler Dr. Eckhard Kendziorra, Agnes Hoffmann, Dr. Dieter Horns, Stefan Schwarzburg und Prof. Andrea Santangelo beteiligt. (Science Express, 26. Oktober 2006:“Fast variability of TeV Gamma-rays from the radio galaxy M 87 „)

„Vermutlich sehen wir die Gamma-Strahlung aus der unmittelbaren Umgebung des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum von M87“, kommentiert Dr. Dieter Horns vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Universität Tübingen. Ein schwarzes Loch ist ein Objekt, das ein so starkes Gravitationsfeld hat, dass weder Materie noch Strahlung oder Informationen aus dieser Region nach außen gelangen können. Die Grenze dieses Bereichs, an dem die Wissenschaftler die Gamma-Strahlung beobachten konnten, heißt Ereignishorizont.

Die Tübinger Arbeitsgruppe unter Leitung von Prof. Andrea Santangelo ist seit 2005 an dem H.E.S.S.-Experiment in Namibia beteiligt. Bei dem Experiment werden vier optische Teleskope gleicher Bauart verwendet, die auf indirekte Weise Gamma-Photonen bei ihrem Eintritt in die Atmosphäre beobachten: Die hochenergetischen Teilchen erzeugen ausgedehnte Teilchenkaskaden in der Atmosphäre, die einen sehr kurzen bläulichen Lichtblitz abgeben, der von den hoch empfindlichen Instrumenten nur in klaren mondlosen Nächten nachgewiesen werden kann. Mit dieser Beobachtungsmethode konnten auch die sehr selten eintreffenden Photonen von M87 erfolgreich beobachtet werden: Nur etwa ein hochenergetisches Gamma-Photon von M87 trifft pro Jahr pro Quadratmeter auf die Atmosphäre auf.

Die Entdeckung der kurzzeitigen Strahlungsausbrüche von M87 sind von besonderer Bedeutung für das Verständnis um die Vorgänge in der Nähe des Ereignishorizonts von supermassiven schwarzen Löchern. In dieser Region wird der Ursprung vieler Phänomene vermutet, die im Zusammenhang mit sternähnlichen Objekten wie aktiven Galaktischen Kernen beziehungsweise Quasaren stehen. Insbesondere vermutet man hier den Ursprung der gewaltigen Energien, die die so genannten Jets, scharf gebündelte Materiestrahlen, über hunderte Millionen Lichtjahre antreiben. Das supermassive schwarze Loch im Zentrum von M87 gehört mit einer geschätzten Masse von einigen Milliarden Sonnenmassen zu den massivsten kompakten Objekten, die Astrophysiker kennen. M87 befindet sich außerdem in unserer nächsten „Nachbarschaft“ in einer Entfernung von nur 60 Millionen Lichtjahren.

Die Entdeckungen mit den H.E.S.S.-Teleskopen sind nach Ansicht der Tübinger Astrophysiker wegweisend, weil hier ein einzigartiges Beobachtungsfenster in das energiereiche Universum geöffnet worden sei. Die Tübinger Arbeitsgruppe ist aktiv an dem Aufbau der Erweiterung des H.E.S.S.-Experiments beteiligt: Ein deutlich größeres Spiegelteleskop mit etwa 1000 Einzelspiegeln von zusammen 600 Quadratmetern Spiegelfläche und über 500 Tonnen Gesamtgewicht wird derzeit in Namibia errichtet. Für diesen Stahlkoloss entwickelt die Tübinger Arbeitsgruppe spezielle Komponenten, die die einzelnen Spiegelfacetten optimal ausrichten. Der Beginn der Beobachtungen mit der Ausbauphase (H.E.S.S. Phase II) ist für 2008 geplant.

Nähere Informationen:

Das System H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) im Internet: http://astro.uni-tuebingen.de/groups/hess

Dr. Dieter Horns
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