Als die riesige Funkgalaxie Messier 87 (M 87) einen Strom von Gammastrahlung und Funkfluss auslöste, beobachtete zufällig eine internationale Zusammenarbeit von 390 Wissenschaftlern. Sie berichten über die Entdeckung in der dieswöchigen Ausgabe von Science Express.
Die Ergebnisse liefern erste experimentelle Beweise dafür, dass Partikel in unmittelbarer Nähe eines supermassiven Schwarzen Lochs auf extrem hohe Energien beschleunigt werden und dann die beobachteten Gammastrahlen emittieren. Die Gammastrahlen haben Energien, die eine Billion Mal höher sind als die Energie des sichtbaren Lichts.
Matthias Beilicke und Henric Krawczynski, beide Physiker an der Washington University in St. Louis, koordinierten das Projekt mithilfe der VERITAS-Zusammenarbeit (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System). Der Aufwand umfasste drei Arrays von 12-Meter- bis 17-Meter-Teleskopen, die sehr energiereiche Gammastrahlen erfassen, und das Very Long Baseline Array (VLBA), das Radiowellen mit hoher räumlicher Reichweite erfasst Präzision.
„Wir hatten Gammastrahlenbeobachtungen von M 87 in enger Zusammenarbeit mit den drei großen Gammastrahlenobservatorien VERITAS, H.E.S.S. und MAGIC, und wir hatten das Glück, dass ein außergewöhnliches Gammastrahlen-Flare auftrat, als die Quelle mit dem VLBA und seinem beeindruckenden räumlichen Auflösungsvermögen beobachtet wurde “, sagte Beilicke.
„Nur durch die Kombination der hochauflösenden Funkbeobachtungen mit den VHE-Gammastrahlenbeobachtungen konnten wir den Ort der Gammastrahlenproduktion lokalisieren“, fügte R. Craig Walker hinzu, ein Wissenschaftler am National Radio Astronomy Observatory in Socorro, New Mexico .
M 87 befindet sich in einer Entfernung von 50 Millionen Lichtjahren von der Erde im Virgo-Galaxienhaufen. Das Schwarze Loch in der Mitte von M 87 ist sechs Milliarden Mal so massereich wie die Sonne.
Die Größe eines nicht rotierenden Schwarzen Lochs ergibt sich aus dem Schwarzschild-Radius. Alles - Materie oder Strahlung -, was sich innerhalb eines Schwarzschild-Radius von der Mitte des Schwarzen Lochs befindet, wird von diesem verschluckt. Der Schwarzschild-Radius des supermassiven Schwarzen Lochs in M 87 ist vergleichbar mit dem Radius unseres Sonnensystems.
Bei einigen supermassiven Schwarzen Löchern - wie in M 87 - erzeugt Materie, die das Schwarze Loch umkreist und sich diesem nähert, hochrelativistische Abflüsse, sogenannte Jets. Die Materie in den Jets bewegt sich vom Schwarzen Loch weg und entgeht seiner tödlichen Gravitationskraft. Die Jets gehören zu den größten Objekten im Universum und können viele tausend Lichtjahre aus der Nähe des Schwarzen Lochs in das intergalaktische Medium hineinreichen.
Eine sehr energiereiche Gammastrahlenemission von M 87 wurde erstmals 1998 mit den HEGRA Cherenkov-Teleskopen entdeckt. "Aber auch heute noch ist M 87 eine von nur etwa 25 Quellen außerhalb unserer Galaxie, von denen bekannt ist, dass sie Gammastrahlen mit sehr hoher Energie aussenden", sagt Beilicke.
Die neuen Beobachtungen zeigen nun, dass die Teilchenbeschleunigung und die anschließende Emission von Gammastrahlen im sehr „inneren Strahl“ erfolgen können, der weniger als etwa 100 Schwarzschild-Radien vom Schwarzen Loch entfernt ist, was im Vergleich zu dem ein extrem enger Raum ist Gesamtausdehnung des Jets oder der Galaxie.
Neben VERITAS und VLBA waren an diesen Beobachtungen auch das Hochenergiestereoskopische System (H.E.S.S.) und die Gammastrahlenobservatorien Cherenkov (MAGIC) für die atmosphärische Gammastrahlung beteiligt.
Bildunterschrift führen: Künstlerische Konzeption des inneren Kerns von M87: Schwarzes Loch, Akkretionsscheibe und innere Düsen. Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Zweites Bild: Großformatiges VLA-Bild von M87: Weißer Kreis zeigt den Bereich an, in dem die Gammastrahlenteleskope erkennen konnten, dass sehr energetische Gammastrahlen emittiert wurden. Um den Standort weiter einzugrenzen, war die VLBA erforderlich. KREDIT: NRAO / AUI / NSF
Collage: Oben links zeigt ein VLA-Bild der Galaxie die funkemittierenden Jets in einem Maßstab von etwa 200.000 Lichtjahren. Nachfolgende Zooms rücken näher in den Kern der Galaxie vor, wo sich das supermassereiche Schwarze Loch befindet. In der Konzeption des Künstlers (Hintergrund). Das in der Mitte dargestellte Schwarze Loch ist ungefähr doppelt so groß wie unser Sonnensystem, ein winziger Bruchteil der Größe der Galaxie, aber ungefähr sechs Milliarden Mal so groß wie die Masse der Sonne. Bildnachweis: Bill Saxton, NRAO / AUI / NSF
Quellen: Wissenschaft und das National Radio Astronomy Observatory, via Eurekalert.
