Erkenntnisse über den aktiven galaktischen Kern eines Quasars

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

So sieht ein Künstler den Röntgensatelliten NuSTAR, der hochenergetische Röntgenstrahlung untersucht. Mit dem Satelliten haben Astronomen den Quasar 3C 273 beobachtet und entdeckt, daß die Strahlung mit großer Wahrscheinlichkeit von zwei Komponenten stammt – von einer Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch und sehr schnellen, geladenen Teilchen in einem Jet.
NASA / NuSTAR


 
3C 273 ist der zur Erde nächstgelegene, etwa zwei Milliarden Lichtjahre entfernte Quasar mit extremer Leuchtkraft, der mit einer Energie von mehr als etwa 3.000 Milchstraßen strahlt. Seit seiner Entdeckung 1963 ist 3C 273 bei vielen Wellenlängen eingehend untersucht worden. Er ist hell, ist von Radio- bis Röntgen- und Gammastrahlung sehr veränderlich und besitzt sich schnell bewegende Jets aus geladenen Teilchen. Eine der großen theoretischen Herausforderungen von 3C 273 ist gewesen, die Herkunft der zu beobachtenden, verschiedenen Arten an spektakulären Aktivitäten zu erklären. Zwei für Quasare typische Gedanken, die auf der optischen Variabilität beruhen, hat man zur Erklärung vorgeschlagen: Strahlung von einer Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch im galaktischen Zentrum und/oder Strahlung sehr schneller geladener Teilchen (die aber nicht mit dem Radiojet in Beziehung stehen). Eines der Probleme liegt darin, daß die Röntgenstrahlung nicht nur durch sehr heißes Gas hervorgerufen werden kann, sondern auch durch Teilchen mit hoher Geschwindigkeit, die einen Teil ihrer eigenen Energie auf die sich an ihnen streuende Strahlung übertragen und beispielsweise Radiostrahlung in Röntgenstrahlung überführt. Zwischen diesen Möglichkeiten zu unterscheiden hat für Wissenschaftler einen hohen Stellenwert eingenommen, die Quasare untersuchen.
Bei der NuSTAR-Mission (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) handelt es sich um ein im All stationiertes Röntgenteleskop, das Röntgenstrahlung messen kann, deren Wellenlängen um den Faktor acht kleiner (höhere Energien) sind als diejenigen, die man mit dem Chandra-Röntgen-Observatorium messen kann. In 2012 gestartet, ist NuSTAR das erste im Weltraum stationierte Röntgenteleskop mit direkter Bildgebung, das in der Lage ist, diese Energien zu beobachten. Die CfA-Astronomin Laura Brenneman gehörte zu einem Kollegenkreis, der 3C 273 mit NuSTAR untersuchte, und dann die Resultate mit Beobachtungen von anderen im Weltraum stationierten Röntgen- und Gammastrahlen-Missionen in Beziehung setzte. Während einer koordinierten Beobachtungskampagne im Jahr 2012 entdeckte das Team, daß der Strahlungsausstoß relativ schwach war; dies ermöglichte ihnen, die Eigenschaften der Röntgenstrahlung zu bestimmen, die üblicherweise durch andere Strahlung überlagert wird. Die Wissenschaftler folgern, daß das Zwei-Komponenten-Modell mit großer Wahrscheinlichkeit richtig ist; etwas Strahlung kommt von der Akkretionsscheibe und das energiereichere Licht kommt von einem strahlenden Jet aus geladenen Teilchen. Durch weitere Beobachtungen der Quelle mit Hilfe mehrerer Observatorien hofft die Gruppe, ihre Beschreibung mit genaueren Werten für die vorhandenen physikalischen Bedingungen zu verbessern.
Literatur:
„3C 273 with NuSTAR: Unveiling the Active Galactic Nucleus“
Kristin K. Madsen, Felix Fürst, Dominic J. Walton, Fiona A. Harrison, Krzysztof Nalewajko, David R. Ballantyne, Steve E. Boggs, Laura W. Brenneman, Finn E. Christensen, William W. Craig, Andrew C. Fabian, Karl Forster, Brian W. Grefenstette, Matteo Guainazzi, Charles J. Hailey, Greg M. Madejski, Giorgio Matt, Daniel Stern, Roland Walter, and William W. Zhang
The Astrophysical Journal, 812:14 (11pp), 2015 October 10