03.04.2018

Tiefer Blick ins Innere von Perseus A

Hochaufgelöstes Bild zeigt Entstehung von Jets in der Um­ge­bung eines schwarzen Lochs.

Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, neu gebildete Plasma­jets in der Um­ge­bung eines masse­reichen schwarzen Lochs im Zentrum einer aktiven Galaxie mit bisher uner­reichter Genau­ig­keit abzu­bilden. Die Kombi­na­tion von mit­ein­ander ver­netzten Tele­skopen auf der Erde und im Welt­raum ermög­lichte die Auf­lösung der Jet­struktur auf nur einige Hundert Schwarz­schild­radien oder zwölf Licht­tage von der Start­posi­tion des Jets.

Abb.: Künstlerische Darstellung der Radio­tele­skope im Welt­raum und auf dem Erd­boden, die bei der Beob­ach­tung von NGC 1275 betei­ligt waren. Das daraus erhal­tene Radio­bild zeigt einen neu ge­formten Jet mit einer Länge von etwa drei Licht­jahren. Die im Bild sicht­bar werdenden Details sind kleiner als die Aus­deh­nung der Oort­schen Kometen­wolke rund um unser Sonnen­system. (Bild: P. R. Platania, INAF, IRA / ASC, Lebedev-Institut)

Schwarze Löcher mit einigen Milliarden Sonnenmassen treten in den Zentren von allen masse­reichen Galaxien auf. Von einigen dieser masse­reichen schwarzen Löcher gehen spekta­ku­läre Plasma­jets aus, die sich bis weit außer­halb der Grenzen ihrer Mutter­galaxie erstrecken können. Wie diese Jets sich bilden, ist immer noch ein Rätsel. Eine der Haupt­schwierig­keit bei dessen Lösung liegt darin, dass es bis­her nicht mög­lich war, die Struk­turen der vom schwarzen Loch aus­gehenden Jets genü­gend nahe am Start­punkt abzu­bilden. Das ist erfor­der­lich für einen direkten Ver­gleich der Beob­ach­tungen mit theo­re­tischen Rech­nungen und Computer­modellen zur Ent­stehung der Jets.

Dem Team gelang es jetzt, Bilder des Jets im Umfeld des masse­reichen schwarzen Lochs in der Galaxie NGC 1275, bekannt als Radio­quelle unter der Bezeich­nung Perseus A, in höchster Winkel­auf­lösung zu erhalten. Damit können Struk­turen im Jet zehn­mal näher an der Zentral­quelle räum­lich auf­ge­löst werden als es vorher nur mit erd­ge­bun­denen Radio­tele­skopen mög­lich war – das lässt vorher nicht sicht­bare Details direkt in der Region der Ent­stehung des Jets erkennen.

„Das Ergebnis ist erstaunlich. Es zeigt sich, dass die gemes­sene Breiten­aus­dehnung des Jets wesent­lich größer ist als von den zur­zeit favori­sierten Modellen zur Jet­ent­stehung zu erwarten wäre. Danach ent­steht der Jet direkt in der Ergo­sphäre, dem Bereich unmit­tel­bar außer­halb des Ereig­nis­hori­zonts eines rotie­renden schwarzen Lochs, in dem der Raum selbst in eine Kreis­bewe­gung um das schwarze Loch gezogen wird“, erklärt Gabriele Gio­van­nini vom Natio­nalen Institut für Astro­physik in Italien.

„Das könnte andeuten, dass zumindest der äußere Teil des Jets von der Akkre­tions­scheibe aus­geht, die das schwarze Loch umgibt. Unsere Ergeb­nisse zeigen noch nicht schlüssig, dass die der­zei­tigen Modelle, in denen der Jet von der Ergo­sphäre aus­geht, falsch sind, aber sie ermög­lichen den Theo­re­tikern doch Ein­sichten in die Struktur der Jets nahe am Aus­gangs­punkt und damit Hin­weise zur Weiter­ent­wick­lung der Modelle“, ergänzt Tuomas Savo­lainen von der Aalto-Uni­ver­sität in Finn­land, der Leiter des RadioAstron-Beob­ach­tungs­pro­gramms, in dessen Rahmen die Ergeb­nisse erhalten wurden.

Die Untersuchung zeigt weiterhin, dass die Jetstruktur in NGC 1275 deut­lich von der Struktur des Jets in der relativ nahen Galaxie Messier 87 abweicht, der einzigen anderen Galaxie, in der die Struktur des Jets mit Beob­ach­tungen ent­spre­chend nahe am zentralen schwarzen Loch abge­bildet werden konnte. Die Forscher glauben, dass die beob­achtete Abwei­chung auf einen Alters­unter­schied zwischen den beiden Jets zurück­ge­führt werden kann. „Der Jet in NGC 1275 wurde vor gut zehn Jahren erst neu gestartet und ist immer noch in seiner Aus­formung begriffen. Das bietet eine einzig­artige Gelegen­heit, das Wachs­tum des Jets an einem schwarzen Loch in einer sehr frühen Phase zu ver­folgen“, erklärt Masa­nori Naka­mura von der Academia Sinica in Taiwan.

Die deutliche Verbesserung in der Bildschärfe bei den Unter­suchungen des Jets im Zentrum von NGC 1275 wurde ermög­licht durch das Welt­raum-Radio­inter­fero­meter RadioAstron, das sich aus einem 10-Meter-Radio­tele­skop in einer Umlauf­bahn um die Erde sowie etwa zwei Dutzend der größten erd­ge­bun­denen Radio­tele­skopen zusammen­setzt. Wenn die von den ein­zelnen Tele­skopen auf­ge­nom­menen Radio­signale inter­fero­metrisch mit­ein­ander kombi­niert werden, erzielt dieses Netz die Winkel­auf­lösung eines virtu­ellen Einzel­tele­skops von bis zu 350.000 Kilo­metern Durch­messer – das ent­spricht nahezu dem Abstand zwischen Erde und Mond. Das macht RadioAstron zu dem Tele­skop mit der höch­sten Winkel­auf­lösung in der Geschichte der Astro­nomie.

MPIfR / RK

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