Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Botschaften aus dem Mittelalter des Universums

16.12.2015

Erstmals haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Gammastrahlung bei einer bekannten, weit entfernten Galaxie beobachtet. Im Zentrum der aktiven Galaxie PKS 1441+25 befindet sich ein massereiches schwarzes Loch, das von einer leuchtenden Materiescheibe umgeben ist. Die aktuelle Beobachtung führt nicht nur zu einem besseren Verständnis aktiver Galaxien: Da das Licht von PKS 1441+25 etwa 7,6 Milliarden Jahre zur Erde unterwegs ist, erhoffen sich Forscher auch neue Erkenntnisse aus dem "Mittelalter" des Universums, das vor 13,8 Milliarden Jahren entstand.

PKS 1441+25 zählt zu den etwa zehn Prozent aktiver Galaxien im Universum. Ihr gemeinsames Kennzeichen: Sie produzieren mehr Licht als sich allein mit der Helligkeit von Sternen und Staub erklären ließe. In ihrem Zentrum befindet sich ein supermassereiches schwarzes Loch, das fast so schwer ist wie eine Milliarde Sonnen.


Das extragalaktische Hintergrundlicht – eine Art kosmischer Nebel – schwächt energiereiche Gammastrahlung von weit entfernten Quasaren ab.

NASA Goddard Space Flight Center/MAGIC

Die schwarzen Löcher üben eine starke Gravitationskraft auf die Materie in ihrer Umgebung aus. Bevor die Materie vom schwarzen Loch verschluckt wird, kreist sie als hell leuchtende Scheibe um den aktiven Kern. PKS 1441+25 gehört außerdem zur Klasse der extrem hellen Quasare: Bei diesen Objekten werden Elementarteilchen als so genannte Jets mit Lichtgeschwindigkeit ins All geschleudert, im Fall von PKS1441+25 Richtung Erde.

Galaxie mit großer Bandbreite

Mit dem MAGIC-Teleskop auf La Palma in Spanien beobachteten Wissenschaftler hochenergetische Gammastrahlen bei PKS 1441+25. Das Licht des Quasars erreicht die Erde nach etwa 7,6 Milliarden Jahren – die Galaxie befindet sich somit im "Mittelalter" des 13,8 Milliarden alten Universums.

"Außer PKS 1441+25 kennen wir nur eine weitere so weit entfernte aktive Galaxie, bei der Gammastrahlen zu entdecken waren", erklärt Dr. Razmik Mirzoyan, Sprecher des MAGIC-Verbundes und Forscher am Max-Planck-Institut für Physik. "Auch diese Galaxie, B0218+357, haben wir mit MAGIC entdeckt und untersucht."

Die Beobachtung von PKS 1441+25 zeigte, dass die Aktivität des Quasars hochvariabel ist: Die energiereichsten Gammastrahlen-Emissionen lagen bei 250 Gigaelektronenvolt. Diese Ausbrüche waren bis zu 100 Mal stärker als das sonst beobachtete Gammastrahlenprofil. Die Gründe für diese große Bandbreite liegen noch im Dunklen.

Allerdings konnten die Wissenschaftler beobachten, wo der Ursprung der extrem heftigen Ausbrüche liegt. "Sie entstehen viele Milliarden Kilometer vom aktiven Kern entfernt", sagt Mirzoyan, "während die anderen Emissionen viel näher am Schwarzen Loch gebildet werden".

Scheinwerfer im kosmischen Nebel

Abgesehen von seinem ungewöhnlichen Verhalten ist der Quasar in einer weiteren sehr wichtigen Hinsicht interessant. Der Kosmos ist angefüllt mit diffusem extragalaktischen Hintergrundlicht. Dabei handelt es sich um die Lichtteilchen aller Sterne und Galaxien, die je im Universum existierten. Damit birgt der kosmische Nebel wichtige Informationen über die Vergangenheit des Universums.

Da sich von unserer Milchstraße aus kaum erschließen lässt, wie dicht das Hintergrundlicht ist, nutzen Astrophysiker eine indirekte Methode. Sie messen Gammastrahlen von entfernten Galaxien. Auf ihrem Weg zur Erde werden die hochenergetischen Strahlen abgeschwächt: Wenn sie auf ein Lichtteilchen treffen, wandeln sie sich in ein Elektron und ein Positron um – und sind damit für die Beobachtung verloren. Je dichter der Dunst, umso mehr Gammastrahlen werden vom Hintergrundlicht geschluckt.

"Für die exakte Bestimmung des extragalaktischen Hintergrundlichts sind Gammastrahlen weit entfernter Objekte erforderlich“, sagt Mirzoyan. „Mit PKS 1441+25 haben wir jetzt eine Gammaquelle ‚erwischt’, die zweimal so weit entfernt ist wie bisher untersuchte Objekte. Damit haben wir unsere bisherige Rekord-Beobachtungsreichweite aus dem Jahr 2007 verdoppelt(*) und erhalten Auskunft über den Zustand des Universums vor 7,6 Milliarden Jahren.“

Neue Physik bei noch energiereicheren Gammastrahlen?

Die aktuellen Messungen stehen im Einklang mit gängigen Modellen zur Entwicklung von Sternen und Galaxien. Mit 250 Gigaelektronenvolt liegt die Gammastrahlung von PKS 1441+25 in der passenden Größenordnung.

„Spannend wäre es gewesen, wenn wir Gammastrahlen mit wesentlich höheren Energien zum Beispiel ab etwa 1.000 Gigaelektronenvolt gefunden hätten“, erläutert Mirzoyan. „Dann müssten wir unsere Modelle überdenken – oder davon ausgehen, dass wir es mit bisher unbekannten physikalischen Vorgängen zu tun haben, die dafür sorgen, dass mehr Gammastrahlen durch das kosmische Hintergrundlicht zu uns dringen.“

PKS 1441+25 im Visier: Ein Zusammenspiel verschiedener Instrumente

Entdeckt wurde die starke Gammastrahlung der aktiven Galaxie im April 2015, als der Quasar einen besonders starken Materiejet in Richtung Erde schleuderte. „Gesehen“ hat sie zunächst das LAT-Instrument des NASA-Satelliten Fermi. Dieser scannt den gesamten Nachthimmel in nur etwa drei Stunden.

Da Fermi nur den unteren Bereich des Gammastrahlenspektrums erfasst, wurde schnell das auf höhere Energien spezialisierte, erdgebundene Doppelteleskop MAGIC „zugeschaltet“. Der Ausbruch wurde später auch von den VERITAS-Teleskopen in Arizona, USA beobachtet. Insgesamt sammelte MAGIC Beobachtungsdaten über einen Zeitraum von zehn Tagen.

(*) Damals entdeckte MAGIC die Quelle 3C 279 bei einer Rotverschiebung von 0,536 (Science, 27. Juni 2008).

Publikation:
Very-high-energy rays from the universe's middle age:
detection of the z = 0:940 blazar PKS 1441+25 with MAGIC; Astrophysical Journal Letters, http://iopscience.iop.org/article/10.1088/2041-8205/815/2/L23

Weitere Informationen:

Entdeckung und Bedeutung der energiereichen Gammastrahlen von PKS 1441+25 (Video) https://youtu.be/AJh7fq7tYfgC
Pressemitteilung der NASA: http://www.nasa.gov/feature/goddard/nasas-fermi-satellite-kicks-off-a-blazar-det...
Die MAGIC-Teleskope (Video):: https://www.mpp.mpg.de/medienarchiv/extern/Videos/Forschung/MAGIC/EyesForTheExtr...
Webseite der MAGIC-Kollaboration https://magic.mpp.mpg.de/

Kontakt:

Dr. Razmik Mirzoyan
Max-Planck-Institut für Physik
+49 89 32354-328
razmik.mirzoyan@mpp.mpg.de; mirzoyan.razmik@gmail.com
https://www.mpp.mpg.de/forschung/experimental/magic/index.html

Weitere Informationen:

https://www.mpp.mpg.de/pr/medienarchiv/03_print/pressemeldungen/pressemeldungen2...
https://youtu.be/AJh7fq7tYfg
http://www.nasa.gov/feature/goddard/nasas-fermi-satellite-kicks-off-a-blazar-det...
https://www.mpp.mpg.de/medienarchiv/extern/Videos/Forschung/MAGIC/EyesForTheExtr...
https://magic.mpp.mpg.de/

Barbara Wankerl | Max-Planck-Institut für Physik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht VLT macht den präzisesten Test von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie außerhalb der Milchstraße
22.06.2018 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

nachricht Neue Phänomene im magnetischen Nanokosmos
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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