Mechanismus in den Teilchenströmen eines Quasars aufgeklärt Quasar-Jet durchleuchtet - scinexx | Das Wissensmagazin
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Mechanismus in den Teilchenströmen eines Quasars aufgeklärt

Quasar-Jet durchleuchtet

Der Jet des Quasars 3C 273 geht von einem gewaltigen Schwarzen Loch aus, das man sich unmittelbar außerhalb des linken Bildrandes zu denken hat. Sein hellster, hier gezeigter Teil misst etwa 100000 Lichtjahre. Das Röntgenlicht (aufgenommen mit CHANDRA) ist blau dargestellt, sichtbares Licht (aufgenommen mit HUBBLE) grün und Radiowellen (aufgenommen mit dem VLA-Radioteleskop) rot; in den gelben Bereichen wird sowohl starke Radio- als auch optische Strahlung emittiert. Die neuen Daten von CHANDRA und SPITZER deuten darauf hin, dass die Strahlung in allen Wellenlängenbereichen durch extrem energiereiche Teilchen erzeugt wird. Ein Rätsel bleibt, wie die strahlenden Teilchen im Jet beschleunigt werden. © Sebastian Jester et al. / ApJ

Quasare sind kosmische Kraftwerke, deren Energieproduktion von gigantischen Schwarzen Löchern angetrieben wird. Als die hellsten Objekte im All senden sie stark gebündelte, hochenergetische Teilchenströme aus. Diese so genannten Jets strahlen dabei in allen Frequenzbereichen. Bislang gab es zwei verschiedene Modellvorstellungen, wie ein solcher Quasar-Jet funktioniert. Nun haben Astronomen durch Beobachtungen mit dem Röntgenteleskop CHANDRA und dem Satellitenteleskop Spitzer nachgewiesen, dass die Röntgenstrahlung eines Jets direkt von ultra-energiereichen Teilchen erzeugt wird.

"Die Teilchenströme in den Quasar-Jets bewegen sich fast mit Lichtgeschwindigkeit und erzeugen sichtbares Licht und Röntgenstrahlen. Aber sie sind so weit von der Erde entfernt, dass sie uns extrem leuchtschwach erscheinen und wir bisher keine Daten hatten, aus denen sich der Emissionsmechanismus herausfinden ließ", sagt Sebastian Jester, Hauptautor der Studie, die bereits im Internet zugänglich ist und im September im Astrophysical Journal erscheinen wird.

Ursache gesucht

Bisher gab es zwei konkurrierende Vorstellungen darüber, wie der Jet Röntgenlicht erzeugt: Das "Compton-Modell" besagt, dass niederenergetische Teilchen Photonen aus der Mikrowellen-Hintergrundstrahlung streuen und so die hochenergetische Strahlung erzeugen; dem "Synchrotron-Modell" zufolge gibt es im Jet extrem energiereiche Elektronen oder Protonen, die selbst im Röntgenlicht leuchten.

Die neuen Daten in vielen verschiedenen Spektralbereichen zeigen klar, dass die Radiostrahlung, das infrarote und optische Licht sowie die Röntgenstrahlung nicht unabhängig voneinander entstehen. Vielmehr wird die gesamte vom Jet emittierte Strahlung von so genannten ultra-energiereichen Teilchen als Synchrotron-Strahlung abgegeben; das sind elektromagnetische Wellen, die tangential zur Bewegungsrichtung von relativistischen Elektronen oder Positronen austreten, wenn diese in einem Magnetfeld abgelenkt werden. Damit dürfte das "Compton-Modell" aus dem Rennen sein.

Begrenzte „Lebensdauer“

Der in der Abbildung dargestellte hellste Teil des Jets hat eine Ausdehnung von etwa 100.000 Lichtjahren, die Lebensdauer der strahlenden Teilchen beträgt aber nur etwa 100 Jahre. Die hochenergetischen Partikel, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, können nicht einfach aus dem Schwarzen Loch geschossen werden, um dann weit draußen ihre Energie als Strahlung abzugeben – dazu "leben" sie zu kurz. Vielmehr müssen sie vor Ort beschleunigt werden, unmittelbar dort, wo sie ihre Energie als Strahlung abgeben: also überall im leuchtenden Jet.

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"Unsere Ergebnisse machen es nötig, radikal neu über die physikalischen Prozesse nachzudenken, die in solchen Jets von Schwarzen Löchern ablaufen", sagt Yasunobu Uchiyama, Leiter der SPITZER-Teams, "aber jetzt haben wir entscheidende neue Hinweise, um eines der großen Rätsel der Astrophysik lösen zu können". Und Sebastian Jester ergänzt: "Wir sehen nun klar, dass der innere Aufbau eines solchen Jets sehr viel komplizierter ist, als wir bisher angenommen haben. Doch mysteriös bleibt die Frage, wie die Jets es schaffen, Teilchen vor Ort zu so hohen Energien zu beschleunigen. Unsere großen Teilchenbeschleuniger – Fermilab, DESY und CERN – könnten da neidisch werden."

(Max-Planck-Gesellschaft, 27.06.2006 – AHE)

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