Kollidierende Knoten in einem relativistischen Jet

  • 28. May 2015

Beobachtungen der Radiogalaxie 3C 264 bestätigen Modell interner Stoßwellen.

Unabhängig von ihrer Masse sind schwarze Löcher allgemein mit „Jets“ genannten Plasmastrahlen assoziiert, die mit relativistischen Geschwindigkeiten ins All schießen. Woher das Plasma seine hohe Energie hat, ist bislang nicht geklärt. Die führende Hypothese geht von Stoßwellen aus, die im Inneren der Jets kinetische Energie dissipieren. Die relativistische Strömung des Plasmas ist danach ungleichmäßig, es bilden sich Verdichtungen – Knoten genannt –, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entlang eines Jets bewegen. Schnellere Komponenten holen dadurch langsamere ein, es kommt zu Zusammenstößen und damit zur Bildung von Stoßwellen. Diese wiederum beschleunigen die elektrisch geladenen Partikel in dem Plasma und generieren magnetische Felder.

Knoten im Jet der Galaxie 3C 264

Abb.: Knoten im Jet der Galaxie 3C 264: Die Aufnahmeserie zeigt die Bewegung der Plasmaverdichtungen und die Kollision der Knoten B und C. Der Stern links markiert die Position des supermassereichen schwarzen Lochs im Zentrum der Radiogalaxie. (Bild: E. Meyer / NPG)

Das Modell liefert zwar eine Erklärung für die variable, hochenergetische Emission der Jets, eine direkte Beobachtung der Bildung und Entwicklung interner Stoßwellen ist bislang jedoch nicht gelungen. Das hat sich nun geändert. Eileen Meyer vom Space Telescope Science Institute und ihre Kollegen präsentieren mit dem Hubble Space Telescope über einen Zeitraum von zehn Jahren gewonnene Aufnahmen des Zentrums der etwa 300 Millionen Lichtjahre entfernten Radiogalaxie 3C 264, die – so jedenfalls die Interpretation des Teams – erstmals die Bildung einer Stoßwelle durch die Kollision zweier Knoten in einem Jet zeigen.

Die Bilder zeigen insgesamt vier Knoten in dem Jet, von denen der innere (A) und der äußere (D) keine sichtbare Bewegung zeigen. Bei ihnen handelt es sich vermutlich um die Folgen stehender Stoßwellen, wie sie entstehen, wenn der Druck im Inneren des Jets unter den Druck des umgebenden Mediums fällt. Bedingt durch den Projektionseffekt – der Jet ist fast exakt auf den Beobachter gerichtet – bewegen sich die beiden anderen Knoten mit scheinbarer Überlichtgeschwindigkeit, und zwar Knoten B mit 7,0 c und Knoten B mit 1,8 c. Dadurch hat sich Knoten B im Verlauf der Beobachtungen Knoten C genähert und 2014 zeigen sich deutlich Anzeichen für eine Kollision und Verschmelzung.

Durch die Kollision hat die Helligkeit der beiden Knoten um etwa 40 Prozent zugenommen. Meyer und ihre Kollegen berechnen daraus eine Effizienz von 0,1 Prozent für die Umwandlung der Bewegungsenergie. Das ist zwar deutlich weniger, als das theoretische Modell vorhersagt. Doch da die Kollision noch im Anfangsstadium ist, handelt es sich auch nur um ein unteres Limit: Vermutlich werden die verschmelzenden Knoten in den nächsten Jahren noch heller und damit steigt auch die Effizienz. Eine weitere, genaue Beobachtung des Ereignisses könne, so die Forscher, erstmals Informationen darüber liefern, wie viel Energie dabei jeweils in die Erzeugung von Magnetfeldern und in die Beschleunigung der elektrisch geladener Teilchen geht.

Rainer Kayser

RK

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