Scharf beobachtet

Durch Messungen mit einem Netzwerk von Radioteleskopen ist die bisher beste Radioaufnahme der Zentralregion der Galaxie M87 gelungen.

Im Sternbild der Jungfrau liegt eine besonders leuchtkräftige Galaxie: M87, die rund 50 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs in dieser Galaxie hat das Forscherteam um Yuri Kovalev vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie jetzt näher untersucht. Durch Messungen mit einem Netzwerk von Radioteleskopen (Radiointerferometrie) entstand die bisher beste Radioaufnahme der Zentralregion der Galaxie. Das daraus gewonnene Bild ist 50-mal schärfer als eine entsprechende Aufnahme mit dem Hubble Space Teleskop im sichtbaren Licht. Die Wissenschaftler verbesserten die Auflösung und Empfindlichkeit. Zum ersten Mal wird darauf neben dem bereits bekannten Materialstrahl (Jet) von M87, der sich über mehr als 5000 Lichtjahre aus der Zentralquelle erstreckt, auch sein nach hinten ausgerichtetes Gegenstück sichtbar. Dessen Existenz wurde bisher nur theoretisch angenommen.

Schon 1781 wurde sie vom französischen Astronomen Charles Messier entdeckt: Die Galaxie Messier 87, kurz M87, ist das Zentralobjekt des Virgo-Galaxienhaufens. Mit einer Entfernung zur Erde von nur 50 Millionen Lichtjahren gehört sie zu den allerersten Galaxien, die als Quelle starker Radiostrahlung identifiziert wurden. Die Energie solch leuchtkräftiger Radiogalaxien stammt aus ihrem Kernbereich, in dem sich ein massereiches Schwarzen Loch befindet. Im Fall von M87 hat es die dreimilliardenfache Masse der Sonne. Das Schwarze Loch wird von einer sehr schnell rotierenden Gasscheibe gefüttert, der Akkretionsscheibe. Die dabei freiwerdende Energie treibt zwei Materiestrahlen (Jets) an, die senkrecht zur Ebene der Akkretionsscheibe in entgegengesetzte Richtung herausgeschleudert werden. Yuri Kovalev vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und sein Forscherteam können nun erstmals beide Jets bei der Galaxie M87 nachweisen.

Abb.: Hinter der weißgelben Lichtquelle verbirgt sich das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87. Zwei Jets schießen rechts und links davon in entgegengesetzte Richtungen nahezu mit Lichtgeschwindigkeit aus der Kernregion heraus. Die hohe Auflösung des VLBA-Bildes zeigt Details in der Struktur und damit unterschiedliche Geschwindigkeiten innerhalb des Jets, zum ersten Mal aber auch den viel schwächer leuchtenden Counter-Jet, der auf der linken Seite der Zentralquelle sichtbar wird. (Falschfarben-Radiobild von Beobachtungen mit dem VLBA bei 2 cm Wellenlänge.) (Quelle: Y.Y. Kovalev, MPIfR Bonn)

Bereits im Jahr 1964 hat der russische Astrophysiker Iosif Shklovsky vermutet, dass solche Jets den Nachschub liefern für ausgedehnte Plasmawolken, die auf entgegengesetzten Seiten der Zentralquellen von Radiogalaxien beobachtet werden. Diese Plasmawolken bestehen aus kleinsten, geladenen Elementarteilchen und erstrecken sich bis in Entfernungen von mehreren 100.000 Lichtjahren. Die meisten Jets in solchen Radiogalaxien waren allerdings nur auf einer Seite zu sehen. Den Jet, der von der Erde wegschießt (Counter-Jet), konnten die Wissenschaftler auch bei der Galaxie M87 bisher nicht erkennen.

„Mit unseren neuen Radiobeobachtungen können wir nun erstmals den viel schwächeren Counter-Jet in M87 nachweisen und damit Shklovskys theoretische Annahmen bestätigen“, sagt Yuri Kovalev, der seine Dissertation in Russland innerhalb einer Forschergruppe durchgeführt hatte, die ursprünglich von Shklovsky begründet wurde. Die neuen Beobachtungen des Zentralbereichs von M87 zeigen einen sehr stark gebündelten Düsenstrahl oder Jet und zusätzlich ein viel leuchtschwächeres Gegenstück, ausgehend von der entgegengesetzten Seite des Schwarzen Lochs.

Die Aufnahmen der Forschergruppe wurden mit dem Very Long Baseline Array (VLBA) durchgeführt. Mit dem Teleskopnetzwerk des National Radio Astronomy Observatory haben die Wissenschaftler die Galaxie anhand ihrer Radiowellen bei einer Wellenlänge von zwei Zentimeter abgelichtet. Das daraus erstellte Bild ist 50-mal schärfer als Aufnahmen von M87 mit dem Hubble Space Teleskop im sichtbaren Licht. „Mit den Beobachtungen können sowohl die Struktur als auch die Dynamik des Jets in dieser nahen Radiogalaxie detailliert untersucht werden“, sagt Anton Zensus, Direktor am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Das VLBA besteht aus zehn Einzelteleskopen, die auf dem nordamerikanischen Kontinent, sowie auf Hawaii und den amerikanischen Jungferninseln stehen. Dazu wurde noch ein Teleskop des Very Large Array (VLA) bei Socorro in New Mexico eingesetzt. Das Max-Planck-Institut für Radioastronomie ist am VLBA-Netzwerk beteiligt und nimmt mit dem 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg regelmäßig an VLBA-Messungen teil. Dadurch ist es möglich, die Winkelauflösung der VLBA-Beobachtungen nochmals weiter zu vergrößern. „Wir haben die Absicht, mit dem Einsatz des 100-Meter-Teleskops ein noch detaillierteres Bild der Zentralquelle und damit beider Jets von M87 zu gewinnen“, sagt Yuri Kovalev.

Quelle: MPG / [NJN/INK]

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Y. Y. Kovalev, M. L. Lister, D. C. Homan, K. I. Kellermann, The Inner Jet of Radio Galaxy M87, Astrophysical Journal Letters 668, L27-L30, 10. October 2007).
  http://dx.doi.org/10.1086/522603
  http://www.journals.uchicago.edu/cgi-bin/resolve?ApJL21968ABS
• Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.:
  http://www.mpg.de
• Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn
  http://www.mpifr-bonn.mpg.de
• Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Radioastronomie:
  http://www.mpifr.de/old_mpifr/p/vlbi/
• Very Long Baseline Array:
  http://www.vlba.nrao.edu/
• Videoclip mit Änderungen in der Struktur des Jets im Zentrum der Galaxie M87 in den Jahren 2000 bis 2007:
  http://www.mpifr-bonn.mpg.de/public/pr/pics/1228+126.i.mpg