Tief im Inneren der Galaxie M87

  • 21. April 2017

Jet stammt aus der nächsten Umgebung des zentralen schwarzen Lochs.

Supermassereiche schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätsel­haftesten Phäno­mene in der modernen Astro­physik. Ihr gewal­tiger Energie­aus­stoß wird im Allge­meinen auf die Umwand­lung von Gravi­tations­energie in Strahlung zurück­geführt. Aktive schwarze Löcher produ­zieren Strah­lung über die Akkre­tion von Materie. Es entsteht eine Akkre­tions­scheibe, die die Zentral­quelle umgibt. Ein deut­liches Anzei­chen für den Akkre­tions­vor­gang im Zentral­bereich von Galaxien stellen Jets dar, die sich über etliche Milli­onen Licht­jahre Ent­fernung vom Galaxien­zentrum aus erstrecken und damit weit über den sicht­baren Bereich der Galaxie hinaus­ragen.

Masseninjektionsprozess

Abb.: Schematische Darstellung des turbu­lenten Massen­injek­tions­pro­zesses von der Akkre­tions­scheibe eines super­masse­reichen schwarzen Lochs in ein globales Magnet­feld. (Bild: A. M. Quetz, MPIA)

M87, die 50 Millionen Lichtjahre entfernte Zentral­galaxie des Virgo-Galaxien­haufens, ist die zwei­tnächste Galaxie mit einem aktiven Galaxien­kern und enthält in ihrem Zentrum ein aktives schwarzes Loch mit einer Masse von rund sechs Milli­arden Sonnen­massen. M87 war die erste Galaxie, bei der ein Jet gefunden werden konnte. Der Jet von M87 ist einer der am sorg­fältig­sten unter­suchten astro­physika­lischen Jets. Er ist über das gesamte elektro­magne­tische Spektrum – von Radio­wellen bis zu Röntgen­wellen – sicht­bar. M87 stellt eben­falls die erste Galaxie dar, für die Signale selbst bei den höchsten Gamma­strahlungs­energien im Tera­elek­tronen­volt-Bereich nach­ge­wiesen werden konnten.

Trotz einer Fülle von Beobachtungsmaterial ist die genaue Art und Weise, wie der leucht­kräftige Jet an das akkre­tie­rende schwarze Loch koppelt, unbe­kannt. Ein Forscher­team unter der Leitung von Silke Britzen vom MPI für Radio­astro­nomie in Bonn liefert jetzt Hinweise für die Verbin­dung von Akkre­tions­scheibe und Jet von M87 durch turbu­lente Prozesse. Die Forscher sind das Problem dadurch ange­gangen, dass sie inter­fero­metrische Radio­beobach­tungen von M87 mit dem Very Long Baseline Array analy­siert haben. Dadurch kann bei einer Frequenz von 15 GHz eine Winkel­auf­lösung von 0,6 Milli­bogen­sekunden am Himmel erreicht werden, das ent­spricht 0,16 Licht­jahren oder 84 Schwarz­schild­radien für M87.

„Soweit wir wissen, ist dies das erste Mal, dass die Vor­gänge im Zusam­men­hang mit dem Fuß­punkt des Jets, also seiner Ent­stehung, und dem Auf­laden des Jets mit Material unter­sucht werden konnten“, sagt Britzen. Schnelle turbu­lente Prozesse, bei denen magne­tische Rekon­nek­tion eine wichtige Rolle spielt, wie man sie im klei­neren Maß­stab von Vor­gängen auf der Sonnen­ober­fläche her kennt, bieten die beste Mög­lich­keit zur Erklä­rung der Beob­ach­tungs­ergeb­nisse. „Es gibt gute Gründe anzu­nehmen, dass die Ober­fläche der Akkre­tions­scheiben sich ähn­lich verhält wie die Sonnen­ober­fläche – blubberndes heißes Gas mit ständiger magne­tischer Akti­vität wie Rekon­nek­tion und Strahlungs­aus­brüchen“, ergänzt Christian Fendt vom MPI für Astro­nomie, Experte für die theore­tische Model­lie­rung von Jets. Während nahe der Ober­fläche der Akkre­tions­scheibe eher klein­skalige magne­tische Struk­turen die Massen­über­tragung in die Jets domi­nieren, bleibt über größere Distanzen hin nur das globale spiral­förmige Magnet­feld bestehen und diri­giert die Bewe­gung des Jets.

In Zukunft werden Beobachtungen bei noch höheren Frequen­zen und somit besserer Winkel­auf­lösung mit dem Event Horizon Telescope es ermög­lichen, sich den super­masse­reichen schwarzen Löchern in den Zentren von aktiven Galaxien noch weiter zu nähern.

MPIfR / RK

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