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Geisterbilder: Ein Quasar und seine Fata Morgana

Bonner Astronomen haben herausgefunden, wie das Bild eines Quasars in mehreren Milliarden Lichtjahren Entfernung durch den Einfluß einer ionisierten Gaswolke in unserer Milchstraße in mehrere Einzelbilder aufgespalten wird. Phänomene dieser Art wurden bereits in den 1970er Jahren theoretisch vorhergesagt, aber die erste Bestätigung durch Beobachtungen ist erst jetzt gelungen. Sie wurden mit dem amerikanischen "Very Long Baseline Array" (VLBA) Teleskop-Netzwerk durchgeführt und am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn ausgewertet.
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Die Wissenschaftler sind im Rahmen einer ausgedehnten Studie über zeitliche Veränderungen im Erscheinungsbild in einer Stichprobe von rund 300 Quasaren auf das Objekt 2023+335 in fast drei Milliarden Lichtjahren Entfernung von der Erde aufmerksam geworden. Mit dem Kunstwort Quasar bezeichnet man den Kernbereich einer aktiven Galaxie (auch englisch: Active Galactic Nucleus, AGN). Als sie eine Reihe von Aufnahmen von 2023+335 untersuchten, nahmen sie dramatische Veränderungen im Aussehen dieses Quasars wahr. Diese Veränderungen, so die Forscher, werden dadurch verursacht, dass die von dem Quasar ausgestrahlten Radiowellen durch eine Gaswolke in unserer Milchstraße umgebogen werden, die sich in wesentliche geringerer Entfernung durch die Sichtlinie zum Quasar bewegt.

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Abgelenkte Radiowellen eines Quasars | Diese nicht maßstabsgetreue künstlerische Darstellung verdeutlicht, wie die von dem Materiestrahl (Jet) des weit entfernten Quasars erzeugten Radiowellen auf dem Weg zur Erde durch den Einfluss der Materiewolke in unserer Milchstraße verbogen werden. Sie erzeugen dadurch Mehrfachbilder, die mit dem "Very Long Baseline Array" (VLBA) beobachtet wurden.

"Genauso wie wir eine Lichtquelle hinter einer gefrorenen Scheibe verbreitert oder sogar in Mehrfachbildern sehen würden, so sehen wir den "Tanz" dieses Quasars hinter einer Gaswolke unserer Milchstraße", sagt Anton Zensus, Direktor des MPIfR und Mitglied des Forscherteams, das diesen Effekt erstmals beobachten konnte. "Es ist ein bißchen so wie eine Fata Morgana an einem heißen Tag in der Wüste, oder wie die Nebensonnen, die auf Grund von Eiswolken das Bild unseres Heimatsterns am Himmel verändern."

Die Wissenschaftler haben 2023+335 im Jahr 2008 zu ihrer Liste von Beobachtungsobjekten hinzugefügt. Die dort enthaltenen Quellen im Rahmen des MOJAVE-Projekts sind Quasare sowie weitere Galaxien mit extrem massereichen Schwarzen Löchern in ihren Zentralregionen. Die Gravitationsenergie dieser Zentralquellen treibt Materiejets an, die fast bis auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Der Quasar 2023+335 zeigte zunächst die typische Struktur für ein solches Objekt, mit einem leuchtkräftigen Kern und einem daraus hervorschießenden Jet. Im Jahr 2009 hat sich dann die Struktur dieses Objekts markant verändert, es trat nun eine ganze Reihe von neuen hellen Einzelquellen im Radiofrequenzbereich auf.

Noch nie zuvor wurde ein ähnliches Verhalten festgestellt, weder bei den Hunderten von Quasaren im eigenen Beobachtungsprogramm noch bei den Objekten in anderen Untersuchungen. Dem Ganzen auf die Spur gekommen kamen die Forscher durch die Entdeckung von Helligkeitsschwankungen im Radiofrequenzbereich mit anderen Teleskopen, die auf eine Streuung der Wellen im dazwischenliegenden Medium hindeuten.

Die Analyse der Wissenschaftler deutet darauf hin, dass die Radiostrahlung des Quasars beim Durchgang durch eine turbulente Wolke von geladenem Gas in ihrer Bahn abgelenkt wird, die sich in rund 5000 Lichtjahren Entfernung von der Erde in Richtung des Sternbilds Schwan befindet. Die Größe der Wolke entspricht ungefähr dem Abstand des Planeten Merkur von der Sonne und sie bewegt sich mit 56 Kilometern pro Sekunde entlang der Sichtlinie.

Die systematische Überwachung von 2023+335 dürfte noch weitere Ereignisse dieser Art aufzeigen. So lassen sich zusätzliche Details sowohl über den Prozess, mit dem die Wellen gestreut werden als auch über das Gas, das die Streuung hervorruft, ableiten. Andere Quasare, die sich in ähnlichen Regionen in der Milchstraße zeigen, könnten ein entsprechendes Verhalten zeigen.

Das Überwachungsprogramm, das diese Entdeckung ermöglicht hat, trägt den Namen MOJAVE ("Monitoring Of Jets in Active galactic nuclei with VLBA Experiments"). Es wird durchgeführt von einem internationalen Forscherteam unter der Leitung von Matt Lister von der Purdue-Universität in Indiana.

MPIfR / Red.

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