Wie kosmische Teilchenbeschleuniger arbeiten
Forscher werfen einen Blick auf das Innenleben eines Blazars
Kosmische Jets zählen zu den rätselhaftesten Phänomenen des Universums. Nun hat ein internationales Forscherteam die Entstehung eines solchen Teilchenstrahls erstmals direkt mit unterschiedlichen Observatorien beobachtet. Die Messungen bestätigen die Theorie, dass die Jets durch magnetische Felder fokussiert werden, schreiben die Forscher.
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Die Forscher beobachteten einen der extremsten bekannten aktiven Galaxienkerne – ein superschweres Schwarzes Loch, das regelmäßig Teilchenstrahlen fast genau in Richtung Erde ausstößt. Astronomen bezeichnen solche Galaxienkerne als Blazare. Den Prototyp dieser Himmelsobjekte, BL Lacertae, ertappten die Forscher nun bei zwei direkt aufeinanderfolgenden Ausbrüchen. Sie beobachteten die beiden Ereignisse mit einem Netz aus Radioteleskopen, optischen Teleskopen sowie Gamma- und Röntgenobservatorien im Weltall.
Im Oktober 2005 ereignete sich eine Explosion in der Nähe des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs. Dadurch wurde Energie in den Jet gepumpt. Die Störung bewegte sich entlang des Jets nach außen und machte sich durch ein Aufblitzen in verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums bemerkbar. Dadurch konnten die Forscher die verschiedenen Zonen des Jets erkennen und aufklären, wie die Teilchen fast bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. "Wir haben schon oft Blazare beobachtet, aber nichts passierte", berichtet Co-Autor Hugh Aller von der University of Michigan. "Es ist schwierig, Ausbrüche zu erwischen, wenn sie denn auftreten."
Wie die Forscher im Fachblatt "Nature" schreiben, wird der Jet in der Nähe des Schwarzen Lochs durch spiralförmige Magnetfeldlinien zusammengehalten. Das Feld zwingt die ausgestoßenen Teilchen, zum Beispiel Elektronen, in einen engen, zylinderförmigen Strahl. Die beschleunigten Elektronen senden charakteristische, extrem energiereiche Synchrotronstrahlung aus, die die Forscher mit den Weltraumteleskopen registrierten. Das Magnetfeld endet etwa ein Lichtjahr von dem Schwarzen Loch entfernt. Dort bildet sich eine sogenannte Stoßwelle aus, schreiben die Forscher. In dieser Region sei die Teilchenbewegung turbulent, das Magnetfeld chaotisch.
"Wir können zum ersten Mal theoretische Überlegungen durch Beobachtungen bestätigen", sagt Mitautorin Margo Aller. Das sei nur durch die Vielzahl von Instrumenten möglich gewesen, mit denen das Ereignis beobachtet wurde. Im Mai schickt die Nasa ein weiteres Gammateleskop ins All, das Gamma-ray Large Area Space Telescope (Glast). Dieses Instrument wird die Beobachtung von Blazaren leichter machen, hoffen die Forscher.
Alan Marscher (Boston University, Massachusetts) et al.: Nature, Bd. 452, S. 966
Ute Kehse
