Der Kern einer sogenannten „aktiven“ Galaxie enthält ein massereiches Schwarzes Loch, das energisch Materie ansammelt. Infolgedessen stößt der Kern oft bipolare Jets aus schnellen, geladenen Teilchen aus, die in vielen Wellenlängenbereichen hell leuchten, insbesondere in Radiowellenlängen. Aktive Galaxien zeigen eine breite Vielfalt unterschiedlichster Eigenschaften, und diejenigen, die hell im Radiowellenlängenbereich leuchten, können in diesen Wellenlängen bis zu eine Billion Mal heller in den Weltraum strahlen als unsere Sonne.
Die intensiven Emissionen stammen aus der heißen Umgebung des Schwarzen Lochs, weil Elektronen, die sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit in einem Gebiet mit starken Magnetfeldern bewegen, Strahlung im Radiowellenlängenbereich abgeben. Die Teilchenjets kollidieren letztendlich mit dem vorhandenen Medium und wandeln einen Großteil ihrer Bewegungsenergie in Schockwellen um. Die Orte innerhalb der Jets, an denen das geschieht, werden als sehr heiße Flecken – helle und kompakte Strukturen – beobachtet. Die Hotspots können den Teilchenstrom der Jets zurück in Richtung des Schwarzen Lochs umkehren und dadurch zusätzliche Turbulenzen und zufällige Bewegungen auslösen.
Die charakteristische Temperatur eines Hotspots (oder genauer gesagt, die spektrale Abhängigkeit der Helligkeit von der Wellenlänge) offenbart die Natur der dort ablaufenden physikalischen Prozesse. Die meisten bekannten aktiven Radiogalaxien besitzen Hotspots, deren spektrale Abhängigkeit gut mit der Theorie der Schockwellen und umgekehrten Teilchenströme übereinstimmt, aber einige sehr helle Radiogalaxien gehen damit nicht konform.
Die Radiogalaxie Cygnus A ist das nächstgelegene und stärkste Beispiel für eine Radiogalaxie mit zwei Quellen und gilt daher als Archetyp dieser Objektklasse. Sie ist außerdem eines der ersten entdeckten Objekte, dessen Hotspots nicht zu dem konventionellen Bild zu passen schienen, und Astronomen haben seit Jahrzehnten über die möglichen Ursachen diskutiert. Die begrenzte Verfügbarkeit von Radioteleskopen im langwelligen (niederfrequenten) Wellenlängenbereich, um die geringen Größen der Hotspots aufzulösen, war ein erschwerender Faktor.
Die Astronomen Reinout van Weeren und Gianni Bernardi (jetzt am SKA in Südafrika) vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) waren Teil eines großen Teams, das das Low Frequency Array (LOFAR) Radioteleskop nutzte, um hochauflösende Bilder der Hotspots von Cygnus A zu erstellen. Ihre Ergebnisse liefern den ersten direkten Beleg dafür, dass der zuvor abgeleitete Unterschied bei der Spektralform real ist.
Die Wissenschaftler präsentieren eine detaillierte Analyse in einer separaten Abhandlung, aber in dieser Abhandlung sprechen die grundlegenden Ergebnisse dafür, dass neben der Schockwellenaktivität noch ein anderer Prozess beteiligt sein muss. Das Team vermutet, dass die Absorption der Strahlung durch lokale Materie ein Teil des endgültigen Bildes sein könnte.
Abhandlung: „LOFAR Imaging of Cygnus A – Direct Detection of a Turnover in the Hotspot Radio Spectra“ von J. P. McKean, et al., MNRAS 463, 3143, 2016.
(THK)
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