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Astrophysik: Blick in die heißeste Teilchenschleuder

Wenn Blazare hochenergetische Strahlung abfeuern, steht die Erde direkt in ihrem Schussfeld. Zum Glück für die Wissenschaft, die dadurch einmalige Einblicke in das Geschehen erlangt.
Schema des Blazar-Jets
Zu manchen Typen hält man besser einen sicheren Abstand. So um die 900 Millionen Lichtjahre dürften in etwa angemessen sein. Das ist die ungefähre Distanz, die unsere Erde zu dem Objekt BL Lacertae im Sternbild Eidechse hat. Wären sie dichter dran, würde sie je nach Entfernung in unregelmäßigen Abständen sterilisiert oder gleich ganz zerquetscht. Denn BL Lacertae ist einer der heftigsten bekannten Randalierer im sichtbaren Universum. Und das will einiges heißen in einem Kosmos, der üppig mit Schwarzen Löchern, Neutronensternen und Roten Riesen ausgestattet ist.

Zunächst einmal ist auch BL Lacertae ein Schwarzes Loch, allerdings eines der extrem massereichen Exemplare, die mitunter das Milliardenfache der Masse unserer Sonne auf kleinstem Raum in sich vereinen. Dadurch üben sie einen gewaltigen Gravitationssog aus, der alle Materie im weiten Umkreis unwiderstehlich anzieht und eine ganze Galaxie um sich herum ansammelt. Vor allem im näheren Umfeld wird es für die Sterne, Planeten, Stäube und Gase gefährlich, da aus der heftig rotierenden so genannten Akkretionsscheibe immer wieder Materie auf Nimmerwiedersehen in das Loch trudelt.

Dabei sendet sie als letztes Lebenszeichen große Mengen Teilchen und Energie aus, die entlang der verdrillten Magentfeldlinien in Richtung der Pole des Schwarzen Loches als Jets in den Weltraum schießen. Angetrieben durch das Magnetfeld erreichen beispielsweise Elektronen bis zu 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Und die elektromagnetische Strahlung zieht sich durch das gesamte Spektrum bis hin zu Gammastrahlen im Bereich von Tera-Elektronenvolt, die selbst unsere modernsten Teilchenbeschleuniger auf der Erde bei weitem nicht hervorbringen können.

Und so einen Jet schießt BL Lacertae in unregelmäßigen Abständen auf die Erde zu. Wie ein veränderlicher Stern erschien er seinem Entdecker darum im Jahre 1929. Heute ist er der Prototyp für eine ganze Klasse extrem aktiver galaktischer Zentren, die BL-Lacertae-Objekte genannt werden und eines gemeinsam haben: Wir schauen bei allen ziemlich direkt von oben in den Jet hinein. Fällt unser Blick mehr von der Seite, sprechen Astronomen hingegen von einem gewöhnlichen Quasar.

Dieser Sitzplatz genau in der Schussrichtung des Jets beschert der Astronomie eine der seltenen und doch so wichtigen Möglichkeiten, ihre Theorien über die Abläufe im Universum anhand von Beobachtungen zu überprüfen. Denn wie und warum ein Jet bei großen und kleinen Objekten entsteht, hat sie bislang vor allem mit Formeln, Modellen und Computersimulationen erforscht. Weshalb die Daten, die Alan Marscher von der Boston University und eine große Anzahl seiner Kollegen während eines doppelten Jetausbruchs zwischen November 2005 und Februar 2006 gesammelt haben, einen willkommenen Test für die verschiedenen denkbaren Theorien darstellten.

Um ein möglichst vollständiges Bild zu erhalten, haben die Forscher das Ereignis mit mehreren sehr unterschiedlichen Teleskopen aufgezeichnet. So zeichnete unter anderem das Very Long Baseline Array als Verbund von Radioteleskopen die Radiowellen auf, mehrere Observatorien vermaßen die Intensität und Polarisierung des optischen Lichts, und der Rossi X-ray Timing Explorer lieferte Werte zur Röntgenstrahlung.

Schema des Blazar-Jets | Von beiden Polen von BL Lacertae geht ein Jet aus, von denen wir nur den vermessen können, der in Richtung Erde gerichtet ist. Spiralige Magnetfeldlinien beschleunigen Elektronen im Jet, bis sie von einer Schockwelle verzerrt werden.
Ihre Diagramme und Kurven fassen die Astronomen in einem Szenario zusammen, das weitgehend mit der vorherrschenden Theorie übereinstimmt. Danach ereignet sich im Umkreis des Schwarzen Lochs eine Art Explosion, bei welcher in einen Teilbereich der Jetbasis Energie in den magnetischen Strudel eingespeist wird. Diese Zone erschien auf den Strahlungskarten als eine Art Knoten, der sich durch den Jet bewegte und dabei immer schneller auf uns zukam. Extrem schnelle Elektronen sandten auf ihren spiraligen Wegen Strahlung aus, die immer härter und heller wurde. Das Maximum erreichte diese auf ihrem letzten Schwung, bevor eine Schockwelle das geschraubte Magnetfeld verzerrte und das Plasma durch Scherung turbulent wurde. Zur gleichen Zeit traten endlich auch Radiowellen auf, die zuvor gefehlt hatten, weil die Beschleunigungszone des Jets für sie undurchdringbar war.

In 900 Millionen Lichtjahren Entfernung hat sich der galaktische Schuss zum Glück so weit ausgedünnt, dass er den irdischen Kreaturen nichts mehr anhaben kann. Nur mit ihren Instrumenten vermögen sie ihn zu vermessen, zu simulieren und zu erkennen, dass wieder eine ganze Welt im gierigen Schlund von BL Lacertae verschwunden ist. Am anderen Ende der kosmischen Kanone.

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