Was läßt Blazare ihren Strahlungsfluß ändern?

Weekly Science Update – Übersetzt von Harald Horneff

Künstlerische Darstellung des Fermi-Satelliten in der Umlaufbahn. Astronomen haben Fermi eingesetzt, um die Änderung der Gammastrahlung von dreizehn Blazaren zu beobachten. Sie haben Hinweise darauf gefunden, daß die Strahlung aus unterschiedlichen Zonen und/oder von verschiedenen Mechanismen stammt. NASA / Fermi


Ein Blazar ist eine Galaxie, deren zentrales, supermassereiches Schwarzes Loch intensiv strahlt, während es Material aus der Umgebung akkretiert. Obwohl in vielen Galaxien und Situationen Akkretion durch Schwarze Löcher erfolgt, bricht aus Blazaren das einfallende Material in einem energiereichen, eng gebündelten Strahl aus geladenen Teilchen hoher Geschwindigkeit hervor – dieser Strahl weist zufällig in unsere Richtung. Die Teilchen erzeugen Gammastrahlung, wobei jedes dieser Photonen über 100 Millionen Mal energiereicher ist als die höchstenergetischsten Röntgenphotonen, die das Chandra-Röntgen-Observatorium gemessen hat. Blazare sind in der Regel allgemein dadurch charakterisiert, daß sie schnelle, heftige und ständige Änderung zeigen, inmitten vieler weiterer Effekte, die sich aus ihrem Jet schnell bewegender Elektronen ergeben.
Astronomen halten es für möglich, daß Hinweise auf das Innenleben von Schwarzen Löchern und Akkretionsscheiben aus dem Modellieren der Einzelheiten dieser Änderung herausgelesen werden können, aber dies ist ein schwieriges Unterfangen gewesen. Der Umfang der Änderung deutet darauf hin, daß die Strahlung aussendenden Strukturen ebenfalls komplex sind. Doch die Gebiete und Abmessungen der emittierenden Strukturen einzugrenzen ist durch das Fehlen von auf Dauer angelegten, empfindlichen Beobachtungen erschwert – Beobachtungen, die eine stete Aufzeichnung der sich ändernden Aktivität ermöglichen.
Malgosia Sobolewska und Aneta Siemiginowska nahmen mit zwei Kollegen das Problem unter Nutzung des Large Area Telescope (LAT), ein Gammastrahlen abbildendes Teleskop an Bord des Satelliten Fermi, in Angriff. LAT ist zur Untersuchung der Veränderlichkeit von Blazaren gut geeignet und hat kontinuierliche Beobachtungen des Gammastrahlenhimmels durchgeführt, seit Fermi 2008 gestartet wurde. Daher gibt es dank LAT eine erstklassige Sammlung an Lichtkurven (graphische Darstellung der Intensität über die Zeit) von Blazaren. Neuere Forschungen zeigten, daß das Licht eines Blazars durch Zufallsprozesse erzeugt zu werden schien, zumindest im Bereich der hochenergetischen Gammastrahlung. Das Problem besteht darin, daß viele der hellsten kurzzeitigen Strahlungsausbrüche eines Blazars Flares sein sollen und deren Herkunft sich von der Herkunft des gleichmäßigen Strahlungsflusses unterscheidet und wenn dies so ist, sollten die Flares nicht einem einzelnen Zufallsprozeß zugeordnet werden. Beispielsweise gibt es in einem Blazar Hinweise auf Aktivität, die bevorzugt in sechs- oder siebentägigen Intervallen auftritt; dies weist auf Stoßfronten oder auf kollidierendes Auswurfmaterial hin.
Die Gruppe führte eine systematische Analyse der ersten vier Jahre des Fermi/LAT-Datensatzes für dreizehn helle Blazare durch und entwickelte neue Methoden, die gegenüber den bekannten zu beobachtenden Vorurteilen unempfindlich sind. Die Gruppe entdeckte, daß drei Blazare ein Strahlungsbild aufweisen, das mit einer Kombination von Zufallsprozessen vereinbar ist; bei zwei Blazaren grenzen sie die charakteristischen Zeitspannen der Gammastrahlenänderung auf 17 und 38 Tage ein – längere Zeitspannen, als jemals zuvor beobachtet – und merken an, daß die Gamma- und Röntgenstrahlungsemission in verschiedenen Zonen des Blazars auftritt. Für vier weitere Blazare berichten sie von Anzeichen auf charakteristische Zeitspannen für die Gammastrahlenänderung von unter einer Stunde, eine Entdeckung, die nicht einfach zu verstehen ist und gemeinsam mit ihren anderen Schlußfolgerungen sowohl auf weiteren Fortschritt aber auch auf neue Fragen bei der Entschlüsselung, was Blazare aufflackern läßt, hinweist.
Literatur:
„Stochastic Modeling of the Fermi/LAT γ -Ray Blazar Variability“
M. A. Sobolewska, A. Siemiginowska, B. C. Kelly, and K. Nalewajko
The Astrophysical Journal, 786:143 (14pp), 2014 May 10