Nach einer Reise, die das halbe Alter des Universums dauerte, traf im April 2015 eine Flut starker Gammastrahlen von einer fernen Galaxie auf die Erdatmosphäre. Dieser Schwall generierte eine Lichtkaskade – eine Art Lichtregen, der auf die wartenden Spiegel des Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System (VERITAS) in Arizona prasselte. Die resultierenden Daten haben Astronomen einen einzigartigen Einblick in diese ferne Galaxie und das Schwarze Loch in ihrem Zentrum gegeben.
Gammastrahlen sind Photonen mit sehr hohen Energien. Diese Gammastrahlen stammten von einer Galaxie mit der Bezeichnung PKS 1441+25, die zu einem seltenen Galaxientyp gehört, den sogenannten Blazaren. In ihrem Zentrum befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch, das von einer Scheibe aus heißem Gas und Staub umgeben ist.
Wenn Materie aus der Scheibe in Richtung des Schwarzen Lochs spiralt, wird ein Teil davon in Zwillingsjets kanalisiert, die wie Wasser aus einem Feuerwehrschlauch strömen, nur viel schneller – mit annähernd Lichtgeschwindigkeit. Einer dieser Jets zeigt fast genau in unsere Richtung und erlaubt uns einen direkten Blick auf den Kern der Galaxie. “Wir blicken am Lauf dieses relativistischen Jets entlang”, erklärte Wystan Benbow vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). “Dadurch sehen wir die Gammastrahlen überhaupt erst.”
Eine der Unbekannten in der Physik von Blazaren ist die exakte Position der Gammaemissionen. Mit Daten von VERITAS und des Fermi Gamma-Ray Space Telescope stellten die Forscher fest, dass die Quelle der Gammastrahlen innerhalb des relativistischen Jets lag, allerdings überraschend weit von dem Schwarzen Loch in der Galaxie entfernt. Die leuchtende Region ist mindestens ein Zehntel Lichtjahr von dem Schwarzen Loch entfernt, höchstwahrscheinlich sogar fünf Lichtjahre. Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt – circa 9,46 Billionen Kilometer.
Außerdem war die Gammastrahlung emittierende Region größer, als in einer aktiven Galaxie typischerweise beobachtet wird: Der Durchmesser der Region betrug ein Drittel Lichtjahr. “Diese Jets neigen dazu, Knoten zu enthalten. Es ist möglich, dass zwei dieser Knoten kollidiert sind und dadurch den Energieausbruch verursachten”, sagte der Co-Autor Matteo Cerruti vom CfA.
Die Messung der hochenergetischen Gammastrahlen selbst war eine Überraschung. Normalerweise werden sie bereits an der Quelle oder auf ihrer langen Reise zur Erde absorbiert. Als die Galaxie entstand, muss sie eine gigantische Flut von Gammastrahlen erzeugt haben.
Das Ergebnis liefert auch Einblicke in ein Phänomen, das als extragalaktisches Hintergrundlicht (extragalactic background light, EBL) bezeichnet wird. Dabei handelt es sich um einen schwachen Lichtschein, der das Universum erfüllt. Das extragalaktische Hintergrundlicht stammt von all den Sternen und Galaxien, die je existiert haben, und in gewisser Weise kann es die Geschichte des Universums nachzeichnen.
Das extragalaktische Hintergrundlicht agiert für hochenergetische Gammastrahlen wie ein Nebel, der sie absorbiert, während sie durch den Weltraum reisen. Diese neue Messung setzt eine indirekte Grenze dafür, wie stark das extragalaktische Hintergrundlicht sein kann: Zu stark, und es hätte den Gammastrahlenausbruch absorbiert. Die Ergebnisse ergänzen vorherige Messungen, die auf direkten Beobachtungen basieren. Sie wurden zur Veröffentlichung in den Astrophysical Journal Letters angenommen und sind online verfügbar.
Das Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) mit Hauptsitz in Cambridge (Massachusetts) ist ein Gemeinschaftsprojekt des Smithsonian Astrophysical Observatory und des Harvard College Observatory. Wissenschaftler aus sechs Forschungsabteilungen untersuchen hier den Ursprung, die Entwicklung und das endgültige Schicksal des Universums.
Quelle: https://www.cfa.harvard.edu/news/2015-29
(THK)
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