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Aktive Galaxien: Swift findet "fehlende" aktive Galaxien

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Swift, der Forschungssatellit der NASALaden...
Swift, der Forschungssatellit der NASA | Seit 2004 zieht das Weltraumteleskop Swift seine Bahn in 600 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche und sucht nach Gammastrahlenblitzen. Auf seinem Umlauf durchmustert Swift den gesamten Himmel im Energiebereich der harten Röntgenstrahlen.
Glühend scheint der Himmel zu sein, wird er im Bereich der Röntgenstrahlung betrachtet. Selbst weit entfernt von hellen Strahlungsquellen ist ein schwaches Leuchten in alle Richtungen nachweisbar. Die Ursache dieser kosmischen Hintergrundstrahlung im Röntgenbereich wird in den hinter Staub verborgenen Schwarzen Löchern in den Zentren aktiver Galaxien vermutet. Doch ließen sich bisher nicht genügend solcher aktiven Galaxienkerne entdecken, um die Hintergrundstrahlung zu erklären. Daten des NASA-Satelliten Swift bestätigen nun erstmals die Existenz größtenteils unsichtbarer Galaxien, die ihre Energie aus zentralen Schwarzen Löchern beziehen.

Der Forschungssatellit Swift wird vom Goddard Space Flight Center der NASA gesteuert. Im Jahr 2004 schoss die NASA ihn in seine jetzige Umlaufbahn 600 Kilometer über der Erdoberfläche mit dem Auftrag, Gammastrahlenblitze – energiereiche Strahlungsausbrüche im Universum – zu untersuchen. Swift ist zum Nachweis verschiedener Wellenlängen ausgerüstet. Sowohl Gammastrahlenausbrüche als auch das Nachglimmen im Gamma-, Röntgen-, Ultraviolett- und sichtbaren Wellenlängenbereich werden vom Weltraumteleskop aufgenommen. Nebst der Suche nach Strahlungsexplosionen bildet Swift den gesamten Himmel im Bereich der harten hochenergetischen Röntgenstrahlen mit Energien zwischen 15 und 200 Kiloelektronvolt ab. Dies ist die erste vollständige Durchmusterung bei den genannten Energien. Röntgenstrahlung ist energiereicher als Ultraviolett-Strahlung, weist aber eine geringere Energie als Gammastrahlung auf.

Aktive Galaxien wie die Quasare und Blazare gehören zu den hellsten Objekten des Universums. Sie zeichnen sich durch einen hochenergetischen Emissionskern aus, der verglichen mit den anderen galaktischen Komponenten sehr leuchtstark erscheint. Nach gängigen Modellen besitzen aktive Galaxien ein extrem massereiches Schwarzes Loch in ihrer Mitte. Die Galaxie füttert das Schwarze Loch mit Material aus ihrem dichten massereichen Zentrum, wodurch große Mengen an Gravitationsenergie frei werden. Ein Teil der Energie in diesem heißen Plasma wird als Röntgen- und Gammastrahlung ausgesendet.

Aktive Galaxien sind zahlreicher als angenommen

Die Röntgenhintergrundstrahlung weckte bei den Astronomen den Verdacht, dass die Zahl der aktiven Galaxien unterschätzt wird. Sicherheit, ob die meisten selbst der nächsten aktiven Galaxien bekannt waren, gab es keine. Dichte Staub- und Gaswolken umgeben das zentrale Schwarze Loch und schirmen einen Großteil der abgegebenen Strahlung ab. Auch die Röntgenstrahlung wird durch Absorption abgeschwächt und vom Staub verschluckt. Ein Teil der energiereicheren Röntgenstrahlen aber durchdringt den abschirmenden Schleier aus Staub und Gas. An diesem Punkt kommt Swift ins Spiel, dessen Instrumente die harte Röntgenstrahlung nachweisen.

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Kosmische Röntgenhintergrundstrahlung | Aktive Galaxienkerne, deren ausgesendete Strahlung durch umgebende Staub- und Gaswolken stark absorbiert wird, sind sehr zahlreich, wie eine Auswertung von Swift-Daten ergab. Die Forscher untersuchten, wie sich die Intensität der von den Galaxien abgegebenen Röntgenstrahlung bei verschiedenen Strahlungsenergien verhält. Die Illustration zeigt, dass das Spektrum der kosmischen Röntgenhintergrundstrahlung (hellblaue Kurve) und das der stark absorbierten aktiven Galaxien (orange) ähnlich ist und einen Peak bei ungefähr gleichen Energien aufweist. Dies deutet daraufhin, dass die gut abgeschirmten Galaxien für den größten Teil des Röntgen-Hintergrunds verantwortlich sind. Werden die Beiträge der nur teilweise (gelb) oder gar nicht (violett) absorbierten Galaxien hinzuaddiert, so scheint die gesamte Hintergrundstrahlung erklärt zu sein.
Angesichts der abgeschirmten Röntgenstrahlung wagen Astronomen nun die Voraussage, dass solch stark absorbierten aktiven Galaxien den größten Anteil am kosmischen Röntgenhintergrund liefern. Werden die bekannten Beiträge aktiver Galaxien dazugezählt, die weniger von Absorption beeinflusst sind, so scheint dies den Hintergrund vollständig zu erklären. Die Swift-Durchmusterung, die von Jahr zu Jahr neue Aufnahmen liefert, ist gegenwärtig die empfindlichste und vollständigste Galaxienzählung bei Energien der Röntgenstrahlung und schließt hunderte aktiver Galaxien in Entfernungen bis zu 650 Millionen Lichtjahren ein.

Aktive Galaxien werden in verschiedene Klassen eingeteilt (Seyfertgalaxien, Quasare, Blazare), die unterschiedliche Eigenschaften zeigen. Wissenschaftler nehmen an, dass sich die Galaxien bloß deshalb unterscheiden, weil wir sie aus verschiedenen Richtungen sehen, da sie relativ zur Sichtlinie anders ausgerichtet sind. Seitlich orientierte Galaxien lassen sich schwerer nachweisen, da die Gasscheibe die Abstrahlung zu sehr schwächt. Selbst Swift hat Mühe, diese Galaxien aufzunehmen. Die Forscher gehen daher davon aus, dass die Durchmusterung eine zu geringe Zahl liefert. Wird das in den Berechnungen berücksichtigt, so stellt sich heraus, dass verdeckte Galaxien viel zahlreicher sind als bisher angenommen und 20 bis 30 Prozent aller aktiven Galaxien ausmachen. Die Ergebnisse sind in der ersten Februarausgabe von "The Astrophysical Journal" publiziert.

Rahel Heule

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  • Quellen
Pressemitteilung der NASA

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