Aktiver Galaxienkern

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Die aktive Galaxie M87 mit Jet

Als aktiven Galaxienkern (englisch: active galactic nucleus, AGN, oder auch als aktiven Galaktischen Kern) bezeichnet man zumeist die innere Region von aktiven Galaxien wie etwa Radiogalaxien, Seyfert-Galaxien oder BL-Lacertae-Objekten. Es gibt auch definitionsmäßige Überschneidungen; so werden heute beispielsweise Quasare, Blazare und LINER-Galaxien eher als Kerne denn als eigenständige Galaxien bezeichnet.

Die drei wichtigsten Eigenschaften von AGN sind:

  1. Die aktiven galaktischen Kerne erscheinen auf Aufnahmen punktförmig und die Objekte sind zunächst kaum (oder gar nicht) von Sternen zu unterscheiden. Die Spektren dieser Objekte enthüllen aber, dass es sich nicht um Sterne handelt. Durch Multiwellenlängen-Analysen ist man der wahren Natur dieser Objekte auf die Spur gekommen.
  2. Die AGN gehören zu den leuchtkräftigsten Objekten im Universum und sind daher auch auf große Entfernungen noch gut zu erkennen.
  3. Das Gebiet, das die Strahlung eines AGN aussendet, hat in etwa die Größe unseres Sonnensystems.

Ein AGN besteht in der Kernregion aus einem supermassereichen Schwarzen Loch, um das sich eine Akkretionsscheibe bildet. Senkrecht zur Ebene dieser Akkretionsscheibe bildet sich ein gebündelter Jet ab (Länge bis zu Megaparsec). Oberhalb der Akkretionsscheibe befindet sich die sogenannte Broad-Line-Region (BLR), d. h. eine Region, in der sich stark ionisierte Wolken mit hohen Geschwindigkeiten (etwa 1000 bis 10.000 km/s) bewegen, was sich im beobachteten Spektrum der Quelle durch stark verbreiterte Linien bemerkbar macht. Oft ist diese Kernregion noch von einem Staubtorus umgeben. Weiter außerhalb befindet sich die Narrow-Line-Region (NLR), in der sich, ähnlich zur BLR, Wolken befinden, welche sich aber langsamer bewegen (etwa 100 km/s). Daher sind diese Emissionslinien im Spektrum weniger stark verbreitert. Dieses Standardmodell der AGN wurde 1995 von Urry und Padovani veröffentlicht.

Welchen AGN-Typ man nun beobachtet, hängt von dem Winkel zwischen Beobachter und der Achse des Jets ab, wie viel Masse das Schwarze Loch besitzt und wie viel Masse das Schwarze Loch akkretiert.

Bei den hochenergetischen Blazaren geht man von wenigen Grad Abweichung des Blickwinkels von der Rotationsachse aus, man sieht also direkt auf den Jet. Bei anderen Objekten (z. B. Seyfertgalaxien) dagegen sieht man kein charakteristisches Signal der Akkretionsscheibe und keine stark verbreiterten Emissionslinien, da man hier im 90°-Winkel zur Jetachse auf das Objekt sieht und somit der Staubtorus die Sicht auf die innere Region des AGN verdeckt.

Der aktive Kern von M51

Die Jets bestehen aus Materie, welche die Kernregion nahezu mit Lichtgeschwindigkeit ausstößt. Wahrscheinlich wird der Jet beschleunigt, indem Magnetfeldlinien durch den Lense-Thirring-Effekt in der Ergosphäre des Schwarzen Lochs „aufgewickelt“ werden und nach den Gesetzen der Magnetohydrodynamik ein sehr hoher magnetischer Druck entsteht, der das Material herausdrückt. Die spiralförmig angeordneten Magnetfeldlinien sorgen dann auch für die Bündelung des Strahls. Innerhalb dieser Jets bewegen sich Plasmoide, sogenannte Blobs, von denen sehr starke, sehr harte Strahlung ausgeht. Solche Ausbrüche spielen sich meist auf Zeitskalen von Tagen ab.

Einer der intensivsten Ausbrüche, der von dem Gamma-Teleskop EGRET bei einem Blazar beobachtet wurde, zeigte eine Intensitätsverdoppelung innerhalb weniger Stunden. Aktivere Phasen sind bei AGN in Zeiträumen von Wochen und Monaten zu beobachten, während die ruhigeren Phasen länger anhalten.

Sowohl AGN als auch ihre Akkretionsscheiben, Jets und Tori sind Gegenstand heutiger Forschung.

Beobachtungen am Pierre-Auger-Observatorium identifizierten AGN als mögliche Quelle des höchstenergetischen Anteils der Kosmischen Strahlung.[1]

Entfernungsmessung[Bearbeiten]

Kosmologen um Darach Watson von der Universität Kopenhagen haben eine Methode entwickelt, mithilfe von AGN kosmische Entfernungen zu bestimmen.[2][3] Die Methode basiert auf dem Zusammenhang zwischen der absoluten Helligkeit von Galaxienkernen und deren Helligkeit, wie sie von der Erde aus erscheint.

Fällt Materie in das zentrale Schwarze Loch der Galaxie, heizt sie sich stark auf und gibt als Folge davon energiereiche Strahlung ab. Durch diese werden benachbarte Gaswolken ionisiert und dadurch zum Leuchten angeregt. Eine hellere Zentralregion um das Schwarze Loch führt zu tieferer Ionisation der umgebenden Gaswolken und damit auch zu einem ausgedehnteren Bereich, in dem Gaswolken leuchten. Veränderungen in der Helligkeit der Zentralregion äußern sich mit Verzögerung auch in der Helligkeit benachbarter Gaswolken. Hierüber wurden nun für 38 AGN zunächst die Größe der leuchtenden Gaswolken und anschließend die absoluten Helligkeiten der AGN selbst bestimmt. Auf diese Weise lassen sich Entfernungen bis zu einer Rotverschiebung von 4 bestimmen, entsprechend ca. 55 % des Radius des sichtbaren Universums.

Literatur[Bearbeiten]

  • Volker Beckmann, Chris R. Shrader: Active Galactic Nuclei. Wiley-VCH, 2012, ISBN 3527410783.
  • Donald E. Osterbrock: Astrophysics of Gaseous Nebulae and Active Galactic Nuclei. Palgrave Macmillan, 2005.
  • Julian H. Krolik: Active Galactic Nuclei: From the Central Black Hole to the Galactic Environment. Princeton University Press, 1998.
  • Bradley M. Peterson: An Introduction to Active Galactic Nuclei. Cambridge University Press, 1997.

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Aktive Galaxien sind Quelle der hochenergetischen kosmischen Strahlung. Weltderphysik.de. 14. Februar 2006. Abgerufen am 12. September 2010.
  2. Aktive galaktische Kerne helfen Entfernungen zu bestimmen. In: Spektrum der Wissenschaft, November 2011. Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH, Heidelberg. ISSN 0170-2971
  3. D. Watson, K. D. Denney, M. Vestergaard, T. M. Davis: A new cosmological distance measure using AGN. 21. September 2011. de.arxiv.org/abs/1109.4632v1 (astro-ph.CO)