23.03.2009

Aktive Galaxie im gemeinsamen Fokus

Der Gammasatellit Fermi und die H.E.S.S.-Teleskope in Namibia erkunden einen Blazar



Der Gammasatellit Fermi und die H.E.S.S.-Teleskope in Namibia erkunden einen Blazar

Ein internationales Team von Astrophysikern hat an einem aktiven Galaxienkern überraschende Veränderungen der emittierten Strahlung festgestellt. Das Bild, das sich aus diesen Beobachtungen im Sichtbaren, im Röntgen- und Gammalicht ergibt, ist erheblich komplexer als erwartet und stellt die bisherigen Theorien zur Erzeugung von Strahlung in solchen Objekten in Frage. Für diese Messungen nahmen erstmals gleichzeitig die H.E.S.S.-Teleskope in Namibia sowie der Gammasatellit Fermi der NASA den aktiven Kern der Galaxie PKS 2155-304, ein als Blazar bezeichnetes Objekt, ins Visier.

Blazare gehören zur Familie der aktiven Galaxien. Wie bei den meisten dieser Milchstraßensysteme schießen aus einem Blazar entgegengesetzt gerichtete Teilchenströme ("Jets") mit nahezu Lichtgeschwindigkeit heraus, wenn Materie in ein zentrales supermassives schwarzes Loch fällt. Bei Blazaren ist einer der Jets direkt zur Erde gerichtet - so auch bei PKS 2155-304.

Das Objekt liegt 1,5 Milliarden Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Piscus Austrinus und ist normalerweise eine schwache Quelle von Gammastrahlung. Wenn es aber, wie im Jahr 2006, zu einem gewaltigen Strahlungsausbruch kommt, dann wird der Blazar zur hellsten Quelle am Himmel im hochenergetischen Gammalicht - 50 Billionen Mal energiereicher als sichtbares Licht. Aber selbst von den allerhellsten Quellen erreicht uns höchstens ein einziges energiereiches Gammaphoton pro Quadratmeter und Monat.

Gammastrahlung wird in der Erdatmosphäre absorbiert und erzeugt sehr kurzlebige Teilchenschauer. Wenn diese ultraschnellen Teilchen durch die Erdatmosphäre fliegen, erzeugen sie schwache Blitze aus blauem Licht, genannt Tscherenkow-Strahlung. Das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia mit vier großen Teleskopen hat diese Lichtblitze von PKS 2155-304 eingefangen.

Gammastrahlung mit niedrigerer Energie wurde direkt von dem Large Area Telescope (LAT) an Bord des NASA-Satelliten Fermi gemessen. "Das Observatorium gibt uns zum ersten Mal die Möglichkeit, diese gewaltige Galaxie über möglichst viele Wellenlängen zu vermessen", sagt Werner Hofmann, Sprecher des H.E.S.S.-Teams und Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg. Ergänzend zu den Beobachtungen im gesamten Gammastrahlungs-Bereich wurde die Galaxie zeitgleich im Röntgenlicht von den Satelliten Swift and Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) aufgenommen. Das H.E.S.S. Automatic Telescope for Optical Monitoring registrierte zudem das sichtbare Licht.

Vom 25. August bis zum 6. September 2008 beobachteten die Teleskope gemeinsam PKS 2155-304 in einem ruhigen Zustand. Die Ergebnisse der zwölftägigen Kampagne überraschen: In aktiven Phasen dieses und anderer Blazare steigt und fällt die Emission im Röntgen- und Gammabereich gemeinsam. Aber im ruhigen Zustand von PKS 2155-304 ist dies nicht der Fall - und niemand weiß warum.

Noch überraschender war die Entdeckung, dass die Emission sichtbaren Lichts zusammen mit der hochenergetischen Gammastrahlung steigt und fällt. "Es ist, als ob man einen Gebläsebrenner beobachten würde, in dessen Flamme die höchsten und die niedrigsten Temperaturen zusammen variieren, aber nicht die mittleren Temperaturen", sagt Berrie Giebels, Astrophysiker an der École Polytechnique in Paris, der sowohl für das H.E.S.S.- als auch das Fermi LAT-Team arbeitet.

"Wir lernen daraus, dass die verschiedenen Bestandteile der Jets in Blazaren auf komplizierte Weise zusammenwirken und so die Strahlung erzeugen, die wir beobachten", sagt Jim Chiang vom Fermi-Team an der Stanford University in Kalifornien. "Diese Beobachtungen können erste Hinweise enthalten, die uns helfen, die Vorgänge tief im Inneren eines Blazars zu entschlüsseln."

Das H.E.S.S.-Team besteht aus Wissenschaftlern aus Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Polen, Tschechien, Irland, Armenien, Südafrika und Namibia. Die Fermi-Mission ist ein gemeinsames Projekt von Astro- und Teilchenphysikern, das von der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und dem U.S. Department of Energy entwickelt wurde, zusammen mit wichtigen Beiträgen von akademischen Institutionen und Partnern in Frankreich, Deutschland, Italien, Japan, Schweden und den USA.

Max-Planck-Gesellschaft


Weitere Infos:

  • Originalveröffentlichung:
    H.E.S.S., Fermi-LAT collaborations: Simultaneous observations of PKS 2155-304 with H.E.S.S., Fermi, RXTE and ATOM: spectral energy distributions and variability in a low state. The Astrophysical Journal, in print
    http://arxiv.org/abs/0903.2924
  • Homepage des H.E.S.S.-Projekts:
    http://www.mpi-hd.mpg.de/hfm/HESS

AL

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