MuSES: Multi-messenger Studies of Extragalactic Super-colliders
Ein weiterer Schritt vorwärts in der AGN-Forschung durch den Einsatz eines Multimessenger-Ansatzes, der darauf abzielt, die Jetbildung und -kollimation, die Teilchenbeschleunigung sowie die Mechanismen der Neutrinoerzeugung in Blazaren zu untersuchen.
ERC Advanced Grant (Nr. 101142396) – Projektleiter: Prof. Dr. Yuri Kovalev
Projektlaufzeit: Januar 2025 – Dezember 2029
Aktive Galaxienkerne (active galactic nuclei, AGN) gehören zu den leistungsstärksten Teilchenbeschleunigern des Universums und wandeln die Gravitationsenergie von Materie, die auf supermassereiche Schwarze Löcher (supermassive black holes, SMBHs) akkretiert wird, in elektromagnetische und kinetische Energie um. Bei diesem Prozess entstehen relativistische Elektronen und Protonen, die oft als stark kollimierte bipolare Jets entlang der Rotationsachse des Schwarzen Lochs ausgestoßen werden. Diese Jets entstehen innerhalb von einigen Dutzend Gravitationsradien vom SMBH und werden auf größeren Skalen auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt, was sich in überlichtschnellen Bewegungen, hohen Doppler-Faktoren und extremen Helligkeitstemperaturen äußert.
AGNs gelten seit langem als potenzielle Quellen hochenergetischer Neutrinos, wobei zu den Mechanismen unter anderem Teilchenkaskaden, magnetische Rekonnektion und Gezeiten-Sternzerrissereignisse (Tidal Disruption Events) zählen. In den letzten Jahren hat der Nachweis astrophysikalischer Neutrinos im TeV–PeV Bereich – insbesondere vom Blazar TXS 0506+056 durch das IceCube Neutrino Observatorium – die Argumente für solche Zusammenhänge untermauert.
Ziele
MuSES hat sich zum Ziel gesetzt, die physikalischen Prozesse in der Nähe supermassereicher Schwarzer Löcher aufzudecken, die die Entstehung und Ausbreitung relativistischer Jets in aktiven Galaxienkernen (AGN) antreiben. Das Projekt untersucht, wie die Eigenschaften der Schwarzen Löcher, Akkretionsströme und das umgebende Medium die Beschleunigung und Kollimation der Jets beeinflussen, einschließlich des Übergangs von der Dominanz elektromagnetischer zu kinetischer Energie. Ein Schwerpunkt liegt auf dem Verständnis der Mechanismen der Protonenbeschleunigung und der Neutrinoerzeugung. Durch diese Arbeit zielt MuSES darauf ab, unser Verständnis der Rolle von Schwarzen Löchern und relativistischen Ausflüssen bei der Energieabgabe von AGN, der Emission hochenergetischer Neutrinos und der Erzeugung kosmischer Strahlung zu vertiefen. Diese Untersuchungen können die genauesten Einschränkungen für die extreme Energieabgabe von AGN liefern und sie so zu gut verstandenen kosmischen Laboren machen, mit denen physikalische Bedingungen untersucht werden können, die mit keinem Experiment auf der Erde erreichbar sind.
Methoden
Beobachtungen im Radio- und Gammastrahlenbereich, insbesondere die Interferometrie mit sehr langen Basislinien, werden mit Daten zu hochenergetischen Neutrinos aus weltweiten Observatorien kombiniert, um die physikalischen Mechanismen zu untersuchen, die für die Neutrinoerzeugung in Blazaren verantwortlich sind. Der Ansatz umfasst:
Identifizierung von Anzeichen einer Rekollimation in der Jet-Morphologie und Durchführung mehrjähriger VLBI-Kinematikanalysen um die zeitliche Veränderung relativistischer Plasmaströme zu beobachten;
Untersuchungen von Neutrino-assoziierten Blazaren auf Parsec-Skalen mittels regelmäßiger polarisationsbasierter VLBI-Monitoring vollständiger Stichproben, ergänzt durch Neutrino-getriggerte Folgebeobachtungen;
Rekonstruktion der physikalischen Bedingungen im Inneren von AGN-Jets durch Analyse neu ausgestoßener Jet-Komponenten, die mit hochenergetischen Neutrinoereignissen zusammenfallen;
Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Variabilität über mehrere Wellenlängen und der Neutrino-Produktion mittels statistischer und physikalischer Modellierung von Synchro-Compton-Flares und deren zeitlicher Übereinstimmung mit dem Eintreffen von Neutrinos.
