Das galaktische Zentrum im Licht sehr energiereicher Gammastrahlung

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

(Originalartikel unter https://pweb.cfa.harvard.edu/news)

VERITAS (Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System) erschuf dieses Pseudobild der zentralen Milchstraßenregion in hochenergetischer Gammastrahlung. Das Bild ist ein Schaubild und zeigt für jeden Punkt die statistische Aussagekraft der Gammastrahlenmessung (nicht unbedingt die Intensität des Lichts); die zuverlässigste Messung, an der hellen zentralen Stelle, hat eine statistische Wertigkeit von 38 Standardabweichungen. Das Bild, das sich über ungefähr eintausend Lichtjahre erstreckt, zeigt neben sechs bedeutsamen Quellen auch diffuse Strahlung. Die Ergebnisse sind mit der hochenergetischen Gammastrahlung vereinbar, die von Supernovae und deren Überresten erzeugt wird.
VERITAS and Adams et al. 2021

Im Verlauf der vergangenen zwei Jahrzehnte ist hochenergetische Gammastrahlung entdeckt worden, die aus Richtung des galaktischen Zentrums der Milchstraße kommt. Das galaktische Zentrum besitzt viele mögliche Orte für Teilchenbeschleunigung, darunter das supermassereiche Schwarze Loch Sagittarius A* und über die ganze Region verteilt die Aktivität von Supernova- Überresten. Elektronen, Protonen oder andere Teilchen, die beinahe auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden, strahlen Licht sehr hoher Energie – Gammastrahlung – über eine Reihe physikalischer Prozesse ab, die vom Teilchentyp und den Umgebungsbedingungen abhängen. Dabei trägt jedes Gammaphoton näherungsweise die einhundertmillionenfache Energie des vom Chandra-Röntgen-Observatorien beobachtbaren Röntgenphotons mit der höchsten Energie. Die Gammastrahlenkarten der Region zeigen Strahlung, die von einer hellen Stelle nah am zentralen supermassereichen Schwarzen Loch, von mehreren anderen Orten, die verstreut innerhalb der zentralen fünfhundert Lichtjahre liegen, sowie von diffusem Leuchten zwischen diesen Quellen kommt. Allerdings machte es die begrenzte räumliche Auflösung der Meßgeräte schwierig, die genaue(n) Quelle(n) der Gammastrahlung zu lokalisieren. Astronomen haben daran gearbeitet, die Beobachtungen zu verbessern, um die Objekte bestimmen und die Mechanismen eingrenzen zu können, die für die Erzeugung der Gammastrahlung verantwortlich sind.

VERITAS, das Very Energetic Radiation Imaging Telescope Array System, ist ein aus vier 12-m-Teleskopen bestehendes CfA-Observatorium, mit dem Gammastrahlung untersucht wird und befindet sich beim Fred L. Whipple Observatorium am Mt. Hopkins, Arizona. Die Astronomen Wystan Benbow, Michael Daniel, Gareth Hughes und Emmet Roache vom CfA haben mit einem großen Kollegenteam acht Jahre an VERITAS-Beobachtungen der Region um das galaktische Zentrum unter Einsatz hochentwickelter Algorithmen zur Datenreduktion neu ausgewertet. Die Gruppe stellte fest, daß sich die helle, zentrale Gammastrahlenquelle auf das supermassereiche Schwarze Loch konzentriert (in Übereinstimmung mit einigen früheren Untersuchungen), kann aber auch einige benachbarte Strukturen als mögliche Ursache nicht ausschließen. Allerdings wiesen spektrale Informationen darauf hin, daß Elektronen die bestimmenden Teilchen sind, was wiederum nahelegt, das die Aktivität von Supernova-Überresten mit starken Magnetfeldern, nicht Sgr A*, die Strahlung mit Energie versorgen könnte. Daß Schwankungen in der Quelle nicht gemessen wurden, stimmt mit diesem Modell überein. Die durch die Astronomen erfolgte Auswertung der diffusen Strahlung innerhalb der ganzen Region ergibt, daß die ganze Energie in dieser Strahlung durch ein einziges, großes Supernova-Ereignis in der Vergangenheit geliefert worden sein könnte, ist aber auch mit der Anwesenheit einer Ansammlung von 10-100 Tausend Pulsaren (selbst Überreste von Supernovae) in Übereinstimmung zu bringen. Wissenschaftler am CfA leiten die Entwicklung einer nächsten Generation eines Gammastrahlenmeßgeräts, das in der Lage sein wird, Quellen den Messungen besser zuzuordnen und zudem den Bereich der meßbaren Gammastrahlung auszuweiten.

Literatur:

“VERITAS Observations of the Galactic Center Region at Multi-TeV Gamma-Ray Energies”

C. B. Adams et al.

The Astrophysical Journal 913, 115, 2021

oder

arXiv:2104.12735v1 [astro-ph.HE] 26 Apr 2021