Kosmologie: Nahe Radiogalaxie produziert seltene Hochenergiestrahlung

M87 mit Plasmastrom — © Hubble Space Telescope (Ausschnitt)

Aus der riesigen Radiogalaxie M87 strahlt schnell veränderliche, hochenergetische Gamma-Strahlung in Richtung Erde, berichten Astrophysiker der internationalen HESS-Forschergruppe. M87 ist damit die erste Radiogalaxie, die als Quelle solcher sehr seltenen Strahlung mit Energien von bis zu tausend Milliarden Elektronenvolt entlarvt wurde.

Bekannt als Ausgangspunkt der Tera-Elelektronvolt-(TeV)-Gammastrahlung waren bis dato lediglich so genannte Blazare – "aktive Galaxien", in denen ein Schwarzes Loch Materieströme produziert, die dann annähernd mit Lichtgeschwindigkeit bewegte Teilchen aussenden. Ist dieser Strom in Richtung Erde gebündelt, so werden Intensität und Energie der Strahlung aufgrund der hohen Geschwindigkeit verstärkt und hier als Hochenergie-Gamma-Strahlung messbar. Nun aber erkannten die Forscher – unter anderem vom Max-Planck-Institut für Kernphysik – mit ihrem Cherenkov-Teleskop-System in Namibia über vier Jahre lang TeV-Strahlung auch an der Radiogalaxie M87 im Virgo-Galaxienhaufen. M87 ist mit nur 50 Millionen Lichtjahre Entfernung von der Erde viel näher als bekannte Blazare.

Ein zentrales Schwarzes Loch mit Torus, Akkretionsscheibe und Jets – eine aktve Galaxie | Aktive Galaktische Kerne (active galactic nuclei, AGN), zu denen auch die Blazare zählen, bestehen aus einem sehr großen Schwarzen Loch, das von einer Akkretionsscheibe und einem ausgedehnten, optisch dichten Staubtorus umgeben ist und Jets nach außen schleudert. Sind sie in Richtung Erde geneigt, dann verstärken sich Intensität und Energie der anfallenden Strahlung auf Grund der hohen Geschwindigkeit zu Hochenergie-Gamma-Strahlung im Tera-Elektronenvolt-Bereich. Die nun endeckte Strahlungsquelle M87 muss ihrer Hochenergiestrahlung aber irgendwie anders produzieren – wie, ist noch Spekulation.

Überraschenderweise kann sich die Intensität der Strahlung von M87 innerhalb von nur wenigen Tagen drastisch ändern. Ihr Ausgangspunkt muss daher ungewöhnlich kompakt sein und wahrscheinlich in der unmittelbaren Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der Radiogalaxie liegen. Hier tritt ein Plasmastrom, ein so genannter Jet aus, der in optischen, Radio- und Röntgen-Aufnahmen sichtbar ist. Im Gegensatz zu den bekannten Blazaren zeigt der Plasmastrom von M87 aber nicht direkt auf die Erde, sondern weist mit einem Winkel von 30 Grad an ihr vorbei und würde die Erde gar nicht treffen. M87 stellt daher vermutlich einen ganz neuen Typ extragalaktischer Quellen von hochenergetischer Strahlung dar.

Die Physik der Emissionsprozesse ist noch unklar. Möglicherweise werden Wasserstoffkerne im Feld eines rotierenden Schwarzen Lochs auf extreme Energien beschleunigt und strahlen dann Gamma-Quanten abstrahlen, spekulieren die Forscher mit einem ganz neuen Erklärungsansatz.