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Zwillingsjets markieren das Herz einer aktiven Galaxie

Magnetfelder dominieren die Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs

12. September 2016

Deutsche Astronomen haben das Magnetfeld in der Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs vermessen. Eine leuchtkräftige und sehr kompakte Struktur mit einer Ausdehnung von nur zwei Lichttagen im Herzen der aktiven Galaxie NGC 1052 wurde dabei mit einem weltweiten Netzwerk von Radioteleskopen in Millimeter-Wellenlängen beobachtet. Die Beobachtungen resultieren in einer Magnetfeldstärke zwischen 0,02 und 8,3 Tesla unmittelbar am Ereignishorizont des zentralen Schwarzen Lochs. Das Team unter Leitung der Doktorandin Anne-Kathrin Baczko zeigt somit, dass Magnetfelder die erforderliche magnetische Energie zur Versorgung der hochenergetischen relativistischen Jets in aktiven Galaxien zur Verfügung stellen können. Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.
<p><em>3-mm Radiobild der Galaxie NGC 1052, beobachtet im Rahmen des weltweiten Millimeter-VLBI-Netzwerks (GMVA). Die Abbildung zeigt eine sehr kompakte Region im Zentrum und zwei entgegengesetzt gerichtete Jets (unteres Bild) sowie eine schematische Darstellung des Systems mit einer Akkretionsscheibe und zwei Regionen mit verwirbelten Magnetfeldern, die zwei hochenergetische Jets formen (oberes Bild). Die kompakte Zentralquelle legt dabei den Ort des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum von NGC 1052 fest und die gewaltigen Magnetfelder im Umfeld des Ereignishorizonts erzeugen die beiden leuchtkräftigen Jets, die mit dem Netzwerk von Radioteleskopen beobachtet werden.</em></p> Bild vergrößern

3-mm Radiobild der Galaxie NGC 1052, beobachtet im Rahmen des weltweiten Millimeter-VLBI-Netzwerks (GMVA). Die Abbildung zeigt eine sehr kompakte Region im Zentrum und zwei entgegengesetzt gerichtete Jets (unteres Bild) sowie eine schematische Darstellung des Systems mit einer Akkretionsscheibe und zwei Regionen mit verwirbelten Magnetfeldern, die zwei hochenergetische Jets formen (oberes Bild). Die kompakte Zentralquelle legt dabei den Ort des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum von NGC 1052 fest und die gewaltigen Magnetfelder im Umfeld des Ereignishorizonts erzeugen die beiden leuchtkräftigen Jets, die mit dem Netzwerk von Radioteleskopen beobachtet werden.

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Die Beobachtungstechnik zur Untersuchung von Details im Zentrum der Galaxie  NGC 1052 wird als “Very Long Baseline Interferometrie” oder VLBI bezeichnet und ermöglicht die Lokalisierung der Fußpunkte von Jets auf Größenskalen, die nahe an den Ereignishorizont der zentralen Energiequelle, eines supermassereichen Schwarzen Lochs, heranreichen. Das Schwarze Loch selbst bleibt dabei allerdings unsichtbar. Dabei wird die genaue Position des Schwarzen Lochs nur indirekt nachgewiesen, und zwar dadurch, dass man die Position der Radio-Jets in Abhängigkeit von der Wellenlänge bestimmt, die im Extremum für eine Wellenlänge von Null gegen den Fußpunkt des Jets konvergiert. Der nach wie vor unbekannte Offset zwischen dem Fußpunkt des Jets und dem zentralen Schwarzen Loch macht es schwierig, die fundamentalen physikalischen Eigenschaften in vielen Galaxien zu bestimmen. Die verblüffende Symmetrie in den hier präsentierten Beobachtungen der Zwillingsjets von NGC 1052 ermöglicht es nun den Forschern, die tatsächliche Position des Aktivitätszentrums in dieser Galaxie innerhalb der zentralen Struktur zu bestimmen. Mit Ausnahme des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße handelt es sich dabei um die genaueste Lokalisierung der Position eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Universum.

„NGC 1052 stellt in der Tat eine Schlüsselquelle dar, da sie direkt und eindeutig die Position eines Schwarzen Lochs im noch nahen Universum markiert“, sagt Anne-Kathrin Baczko, die diese Forschungsarbeit an den Universitäten Erlangen-Nürnberg und Würzburg sowie am Max-Planck-Institut für Radioastronomie durchgeführt hat.

NGC 1052 ist eine elliptische Galaxie in einer Entfernung von rund 60 Millionen Lichtjahren in Richtung des Sternbilds Cetus (dem “Walfisch”).

Das Magnetfeld des supermassereichen Schwarzen Lochs ist über die Kompaktheit und über die Leuchtkraft der Zentralregion in der Galaxie NGC 1052 bestimmt worden. Diese Radioquelle hat einen Durchmesser von nur 57 Mikro-Bogensekunden; das entspricht der Größe einer DVD auf der Mondoberfläche. Die erstaunliche Winkelauflösung wurde mit dem Globalen Millimeter-VLBI Array erreicht, einem Netzwerk von Radioteleskopen in Europa, den USA und Ostasien, das vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie organisiert wird. „Das ergibt eine bisher unerreichte Bildschärfe, und bald wird man sogar die Größenordnung des Ereignishorizonts für nahegelegene Objekte erreichen“, sagt Eduardo Ros, der als MPIfR-Wissenschftler an diesem Projekt beteiligt ist.  

Die einzigartigen energiereichen Zwillings-Jets in einer relative nahen Galaxie, ähnlich im Abstand zu der bekannten aktiven Galaxie M87, setzen NGC 1052 in die vorderste Reihe für zukünftige Beobachtungen der nahegelegenen aktiven Galaxien in der kommenden Ära von Radiointerferometrie bei Millimeter-Wellenlängen unter Einschluss von ALMA, dem „Atacama Large Millimetre Array“.

Die vorliegende Beobachtung könnte dabei helfen, das schon lange existierende Rätsel zu lösen, wie die energiereichen relativistischen Jets gebildet werden, die in den Zentren einer Reihe von aktiven Galaxien gefunden werden. Das Ergebnis ist von großer Bedeutung für die Astrophysik, da es zeigt, dass die freigesetzte magnetische Energie eines sehr schnell rotierenden supermassereichen Schwarzen Lochs den Antrieb für die Jets bilden kann.

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<p><em>Drei Radioteleskope im Verbund</em><em>des </em><em>Global Millimetre VLBI Array (GMVA): das Effelsberg-100m-Teleskop des MPIfR (oben), das IRAM-30m-Teleskop auf dem Pico Veleta/Spanien (unten links) sowie die 15m-Antennen des Plateau de Bure-Interferometers/Frankreich (unten rechts).</em></p> Bild vergrößern

Drei Radioteleskope im Verbunddes Global Millimetre VLBI Array (GMVA): das Effelsberg-100m-Teleskop des MPIfR (oben), das IRAM-30m-Teleskop auf dem Pico Veleta/Spanien (unten links) sowie die 15m-Antennen des Plateau de Bure-Interferometers/Frankreich (unten rechts).

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Das Global Millimetre VLBI Array setzt sich zusammen aus Teleskopen, die vom MPIfR, IRAM, Onsala, Metsähovi, Yebes und dem VLBA betrieben werden. Die Messdaten von den einzelnen Teleskopen wurden am Korrelator des MPIfR in Bonn korreliert. Das VLBA ist ein Forschungsinstrument des National Radio Astronomy Observatory, einer Einrichtung der National Science Foundation, und wird unter einem kooperativen Abkommen betrieben von der Associated Universities, Inc.

Am Forschungsprojekt beteiligte MPIfR-Wissenschaftler sind Anne-Kathrin Baczko, die Erstautorin, sowie Eduardo Ros, Thomas Krichbaum, Andrei Lobanov und J. Anton Zensus.

 

 

 

 

 
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