Schärfster Blick in den Kern eines Quasars

Physik-News vom 21.11.2022


Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern präsentiert neue Beobachtungen des ersten jemals identifizierten Quasars. Dieser Quasar mit dem Namen 3C 273 befindet sich in einer Entfernung von ca. 1,9 Milliarden Lichtjahren in Richtung des Sternbilds Virgo. Die neuen hochauflösenden Radiobilder verfolgen den Jet bis hinunter zu der Region, wo sich der Jet bildet. Sie zeigen, wie die Breite des Jets mit zunehmender Entfernung vom zentralen Schwarzen Loch selbst variiert.

Aktive supermassereiche schwarze Löcher stoßen schmale, unglaublich energiereiche Plasmastrahlen aus, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit entweichen. Thomas Krichbaum, Astronom am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) und einer der Hauptautoren der Arbeit, sagt: „Radiojets in Quasaren werden schon seit langem untersucht, aber die Details der Jetbildung sind immer noch nicht gut verstanden und ein aktuelles Thema der laufenden Forschung.


Künstlerische Darstellung

Publikation:


H. Okino et al.
Collimation of the Relativistic Jet in the Quasar 3C273
The Astrophysical Journal Vol. 940, Number 1 (2022)

DOI: 10.3847/1538-4357/ac97e5



Eine ungelöste Frage ist, wie und wo genau die Jets zu einem engen Strahl gebündelt werden, so dass sie sich bis weit über die Grenzen ihrer Wirtsgalaxie ausbreiten können. Die Astronomen wissen jetzt, dass Jets sogar die Entwicklung von Galaxien beeinflussen können. Die neuen Radiobeobachtungen dringen bis zu 0,5 Lichtjahre tief in das Herz von 3C 273 vor, in die Region nahe dem Schwarzen Loch, in der der Jet-Plasmastrom zu einem schmalen Strahl kollimiert wird.“


Jet von 3C 273 bei unterschiedlicher Auflösung. Links: bisher tiefster Blick in den Plasmastrahl des Quasars (Global Millimeter VLBI Array, GMVA). Der stark gebündelte Jet erstreckt sich über Hunderttausende von Lichtjahren über die Galaxie selbst hinaus.

Die neue Studie umfasst Beobachtungen des Jets von 3C 273 mit der bisher höchsten Winkelauflösung. Diese bahnbrechende Arbeit wurde durch den Einsatz eng miteinander koordinierter Radioteleskopen rund um den Globus ermöglicht, einer Kombination aus dem „Global Millimeter VLBI Array“ (GMVA) und dem „Atacama Large Millimeter/submillimeter Array“ (ALMA) in Chile. Darüber hinaus wurden ebenfalls koordinierte Beobachtungen mit dem „High Sensitivity Array“ (HSA) durchgeführt, um die Untersuchung von 3C 273 auf einen größeren Maßstab auszudehnen und die Expansion und Form des Jets auch bei größeren Entfernungen vom Quasarkern zu bestimmen. Die diesem Forschungsprojekt zu Grunde liegenden Messdaten wurden im Frühjahr 2017 aufgezeichnet, etwa zur gleichen Zeit wie die Beobachtungen des Event Horizon Telescope (EHT), die die ersten Bilder eines Schwarzen Lochs im Zentrum von M87 enthüllten, einer Radiogalaxie, die etwa 20 Mal näher ist als 3C 273.


Eingesetzte Radioteleskopnetzwerke: Die blauen Punkte sind die Teleskope des GMVA, ergänzt durch ALMA. Die gelben Punkte markieren die Teleskope des HSA. Die grünen Linien zeigen die Basislinien an, bei denen beide Netzwerke verwendet wurden.

Das MPIfR ist federführendes Institut für den Betrieb des GMVA. Die Daten werden im Korrelatorzentrum des Instituts verarbeitet, und die Beobachtungen werden vom Institut aus koordiniert. „3C 273 wird seit Jahrzehnten als ideales, nahe gelegenes Labor für die Untersuchung von Quasar-Jets betrachtet“, sagt Hiroki Okino, Hauptautor dieser Arbeit und Doktorand an der Universität von Tokio und dem „National Astronomical Observatory of Japan“. „Doch obwohl der Quasar relativ nah ist, hatten wir bis vor kurzem kein Beobachtungsinstrument, das Bilder erzeugen konnte, die scharf genug waren, um zu sehen, wie sich dieser schmale und starke Plasmastrom bildet.“

Das Bild des Jets von 3C 273 ermöglicht den Wissenschaftlern einen allerersten Blick in den innersten Teil des Jets in einem Quasar, dort wo die Kollimation oder Bündelung des Plasmastrahls stattfindet. Das Team fand außerdem heraus, dass sich der Öffnungswinkel des Plasmastroms, der vom Schwarzen Loch wegfließt, langsam verengt. Dieser sich verengende Teil des Strahls setzt sich unglaublich weit fort, weit über den Bereich hinaus, in dem die Schwerkraft des Schwarzen Lochs dominiert.

„Es ist erstaunlich zu sehen, wie sich die Form des mächtigen Plasmastroms in einem extrem aktiven Quasar langsam und über eine große Entfernung ändert. Dies wurde auch in der Nähe von viel schwächeren und weniger aktiven supermassereichen Schwarzen Löchern beobachtet“, sagt Kazunori Akiyama, Forscher am MIT-Haystack-Observatorium und Leiter des Forschungsprojekts. „Die Ergebnisse werfen eine neue Frage auf: Wie kommt es, dass die Jet-Kollimation in derart unterschiedlichen Systemen Schwarzer Löcher so gleichmäßig verläuft?“

Die neuen, extrem scharfen Bilder des Jets 3C 273 wurden durch die Einbeziehung des ALMA-Interferometers ermöglicht, das bei diesen Messungen wie ein einziges großes Radioteleskop funktioniert. Das GMVA und ALMA wurden über Kontinente hinweg mit einer Technik namens „Very Long Baseline Interferometry“ (VLBI) verbunden, um sehr detaillierte Informationen auch von weit entfernten astronomischen Quellen zu erhalten. Die bemerkenswerte VLBI-Fähigkeit von ALMA wurde durch das „ALMA Phasing Project“ (APP) Team ermöglicht. Das internationale APP-Team unter der Leitung des MIT-Haystack-Observatoriums und des MPIfR entwickelte die Hard- und Software, um ALMA, ein Array von 66 Teleskopen, in die empfindlichste astronomische Interferometriestation der Welt zu verwandeln. Die Einbeziehung von ALMA in das Beobachtungsnetzwerk erhöht die Auflösung und Empfindlichkeit des VLBI-Arrays erheblich. Diese Fähigkeit war nicht nur für das GMVA von grundlegender Bedeutung, sondern auch für die Kartierung von Schwarzen Löchern mit dem Event Horizon Telescope.

Anton Zensus, Direktor am MPIfR und Mitautor der vorliegenden Arbeit, fasst zusammen: „Der Beitritt von ALMA zu den globalen VLBI-Netzwerken markiert einen Wendepunkt für die Erforschung Schwarzer Löcher. Damit ist es zum ersten Mal möglich, Bilder von supermassereichen Schwarzen Löchern erhalten, und jetzt hilft es uns in Beobachtungsobjekten wie 3C 273, zum ersten Mal im Detail zu erforschen, wie Schwarze Löcher ihre Jets antreiben, und das selbst bei weit entfernten Galaxien.“


Die News der letzten 14 Tage 11 Meldungen

28.11.2022
Elektrodynamik | Festkörperphysik
Wie man Materialien durchschießt, ohne etwas kaputt zu machen
Wenn man geladene Teilchen durch ultradünne Materialschichten schießt, entstehen manchmal spektakuläre Mikro-Explosionen, manchmal bleibt das Material fast unversehrt.
25.11.2022
Sonnensysteme | Astrophysik
Im dynamischen Netz der Sonnenkorona
In der mittleren Korona der Sonne entdeckt ein Forscherteam netzartige, dynamische Plasmastrukturen – und einen wichtigen Hinweis auf den Antrieb des Sonnenwindes.
25.11.2022
Exoplaneten | Astrophysik
Rätselraten um einen jungen Exo-Gasriesen
Eine Foschergruppe hat einen Super-Jupiter um den sonnenähnlichen Stern HD 114082 entdeckt, der mit einem Alter von 15 Millionen Jahren der jüngste Exoplanet seiner Art ist.
24.11.2022
Teilchenphysik | Festkörperphysik | Quantenphysik
Spin-Korrelation zwischen gepaarten Elektronen nachgewiesen
Physiker haben erstmals experimentell belegt, dass es eine negative Korrelation gibt zwischen den beiden Spins eines verschränkten Elektronenpaares aus einem Supraleiter.
23.11.2022
Festkörperphysik | Quantenoptik
Lichtstrahlen beim Erlöschen zusehen
Ein Forschungsteam konnte erstmals messen, wie das Licht eines Leuchtzentrums in einem Nanodraht nach dessen Anregung durch einen Röntgenpuls abklingt.
22.11.2022
Exoplaneten | Teleskope
Weltraumteleskop JWST: Neues von den Atmospären von Exoplaneten
Beobachtungen des Exoplaneten WASP-39b mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben eine Fülle von Informationen über die Atmosphäre des Planeten geliefert.
21.11.2022
Galaxien | Schwarze Löcher | Teleskope
Schärfster Blick in den Kern eines Quasars
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern präsentiert neue Beobachtungen des ersten jemals identifizierten Quasars.
22.11.2022
Festkörperphysik | Physikdidaktik
Chemielehrbücher: Es gibt keine Kohlensäure - Falsch!
Die Existenz von Kohlensäure war in der Wissenschaft lange umstritten: theoretisch existent, praktisch kaum nachweisbar, denn an der Erdoberfläche zerfällt die Verbindung.
21.11.2022
Quantenphysik
Ein Quant als Winkel
Die Feinstrukturkonstante ist eine der wichtigsten Naturkonstanten überhaupt: In Wien fand man nun eine bemerkenswerte neue Art, sie zu messen – nämlich als Drehwinkel.
21.11.2022
Akustik | Quantenoptik
Akustische Quantentechnologie: Lichtquanten mit Höchstgeschwindigkeit sortiert
Einem deutsch-spanischen Forscherteam ist es gelungen einzelne Lichtquanten mit höchster Präzision zu kontrollieren.

12.10.2022
Sterne | Teleskope

17 konzentrische Staubringe um ein Sternenpaar
Ein neues Bild, das mit dem James-Webb-Weltraumteleskop aufgenommen wurde, zeigt einen bemerkenswerten kosmischen Anblick.
10.04.2019
Galaxien | Schwarze Lächler | Teleskope

Das erste Bild eines schwarzen Lochs
ESO, ALMA und APEX tragen zu revolutionären Beobachtungen des massereichen schwarzen Lochs im Herzen der Galaxie Messier 87 bei.
14.03.2019
Sterne | Teleskope

Eine kosmische Fledermaus in der Dunkelheit
Versteckt in einer der dunkelsten Ecken des Sternbilds Orion, breitet diese kosmische Fledermaus ihre diffusen Flügel durch den interstellaren Raum in zweitausend Lichtjahren Entfernung aus.
07.08.2019
Sterne | Teleskope | Astrophysik

Anatomie einer kosmischen Möwe
Diese farbenfrohe und faszinierende Ansammlung von Objekten ist bekannt als der Möwennebel, benannt nach seiner Ähnlichkeit mit einer Möwe im Flug.
05.02.2020
Sterne | Teleskope

ALMA lichtet den schönen Ausgang des Kampfes zweier Sterne ab
Astronomen haben mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), an dem die ESO beteiligt ist, eine eigentümliche Gaswolke entdeckt, die aus einer Konfrontation zweier Sterne resultiert.
06.11.2018
Galaxien | Teleskope | Teilchenphysik

ALMA und MUSE entdecken einen galaktischen Springbrunnen
Beobachtungen mit ALMA und dem MUSE-Spektrografen am VLT der ESO haben eine gewaltige Fontäne aus molekularem Gas aufgedeckt.
14.02.2020
Sterne | Teleskope

ESO-Teleskop sieht die Oberfläche des schwächelnden Beteigeuze
Mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben Astronomen die beispiellose Helligkeitsabnahme von Beteigeuze, einem Roten Überriesen im Sternbild Orion, eingefangen.
20.01.2020
Teleskope

Zwanzig Jahre Röntgenauge im All
Zu Beginn des Jahrtausends begann das Weltraumteleskop XMM-Newton der Europäischen Weltraumorganisation seine Beobachtungen.
03.11.2022
Sonnensysteme | Teleskope

Die verjüngende Wirkung von Planeten auf ihre Sterne
Planeten können ihre Wirtssterne dazu zwingen, sich jünger als für ihr Alter typisch zu verhalten.
28.10.2019
Kometen und Asteroiden | Teleskope

ESO-Teleskop enttarnt den möglicherweise kleinsten bekannten Zwergplaneten im Sonnensystem
Astronomen haben durch Beobachtungen mit dem SPHERE-Instrument am Very Large Telescope (VLT) der ESO ermittelt, dass der Asteroid Hygiea möglicherweise als Zwergplanet klassifiziert werden könnte.
21.11.2022
Galaxien | Schwarze Löcher | Teleskope

Schärfster Blick in den Kern eines Quasars
Eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern präsentiert neue Beobachtungen des ersten jemals identifizierten Quasars.
06.01.2020
Galaxien | Teleskope | Elektrodynamik

Ein sich wiederholender Radiostrahlungsausbruch aus einer Spiralgalaxie
Das Radioteleskop Effelsberg ist an der Untersuchung eines sich wiederholenden schnellen Radiostrahlungsausbruchs beteiligt, mit dem es möglich wurde, den Ursprung des Ausbruchs in einer Spiralgalaxie zu lokalisieren.
03.11.2022
Sterne | Teleskope

Überraschende Neuigkeiten vom Röntgenpulsar Hercules X-1
Internationales Forschungsteam wertet erste direkte Messungen der Polarisation von Röntgenquellen durch das Weltraumteleskop IXPE aus.
22.11.2022
Exoplaneten | Teleskope

Weltraumteleskop JWST: Neues von den Atmospären von Exoplaneten
Beobachtungen des Exoplaneten WASP-39b mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) haben eine Fülle von Informationen über die Atmosphäre des Planeten geliefert.
21.02.2019
Sterne | Teleskope | Relativitätstheorie

Jet/Hüllen-Rätsel in Gravitationswellenereignis gelöst
Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Astronomen des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie hat Radioteleskope auf fünf Kontinenten miteinander verknüpft, um das Vorhandensein eines stark gebündelten Materiestrahls, eines sogenannten Jets zu beweisen, der vom Überrest des bisher einzigen bekannten Gravitationswellenereignisses ausgeht, bei dem zwei Neutronensterne miteinander verschmolzen.
26.09.2019
Galaxien | Teleskope | Elektrodynamik

Rätselhafter Radioausbruch erhellt den ruhigen Halo einer Galaxie
Astronomen haben mit dem Very Large Telescope der ESO zum ersten Mal beobachtet, dass ein schneller Radioausbruch durch einen galaktischen Halo streifte.
04.12.2019
Exoplaneten | Teleskope

Erster Riesenplanet um Weißen Zwerg gefunden
Erstmals haben Wissenschaftler mit dem Very Large Telescope der ESO Beweise für einen riesigen Planeten gefunden, der in Verbindung mit einem Weißen Zwergstern steht.
25.10.2022
Galaxien | Teleskope | Teilchenphysik

Energetische Winde wehen aus der Dreiecksgalaxie
Untersuchungen des Zusammenspiels zwischen Sternentstehung und dem interstellaren Medium sind wichtig, um die Entwicklung von Galaxien zu verstehen.
05.03.2020
Satelliten und Sonden | Teleskope

Neue ESO-Studie bewertet den Einfluss von Satellitenkonstellationen auf astronomische Beobachtungen
Astronomen haben kürzlich Bedenken über die Auswirkungen von Satelliten-Megakonstellationen auf die wissenschaftliche Forschung geäußert.
11.03.2020
Exoplaneten | Teleskope

ESO-Teleskop beobachtet Exoplaneten, auf dem es Eisen regnet
Forscher, die das Very Large Telescope (VLT) der ESO nutzten, haben einen extremen Planeten beobachtet, auf dem sie Eisenregen vermuten.
04.06.2018
Galaxien | Sterne | Teleskope

ALMA und VLT finden zu viele massereiche Sterne in Starburst-Galaxien nah und fern
Astronomen haben mit ALMA und dem VLT herausgefunden, dass sowohl Starburstgalaxien im frühen Universum als auch eine Sternentstehungsregion in einer nahen Galaxie einen viel höheren Anteil an massereichen Sternen enthalten als ruhigere Galaxien.
19.02.2019
Galaxien | Teleskope

Hunderttausende von neuen Galaxien
Ein internationales Team von mehr als 200 Astronominnen und Astronomen aus 18 Ländern unter Beteiligung von Forschern am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie hat erste Karten einer Himmelsdurchmusterung von bisher unerreichter Empfindlichkeit mit dem Radioteleskop „Low Frequency Array“ (LOFAR) veröffentlicht.
28.09.2022
Galaxien | Teleskope

Gigantische Radioquellen im Universum entdeckt
Ein internationales Forschungsteam hat vier Radioquellen von gigantischem Ausmaß entdeckt.
20.11.2019
Teleskope | Elektrodynamik | Thermodynamik

Gammablitz mit Ultra-Strahlkraft: MAGIC-Teleskope beobachten bisher stärksten Gammastrahlen-Ausbruch
Der Gammablitz, den die beiden MAGIC-Teleskope am 14.