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ASTRONOMIE UND PRAXIS: Der Blazar TXS 0506+056: Auge in Auge mit einer kosmischen Strahlenkanone


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 1/2019 vom 14.12.2018

Blazare gehören zu den Exoten im Universum. Sie sind leuchtkräftige Kerne aktiver Galaxien, von denen gerichtete Materieströme ausgehen. Zeigt ein solcher Jet in Richtung der Erde, dann blicken wir unmittelbar in das Herz der Energiemaschine. Ein heller Vertreter dieser Klasse steht derzeit im Visier der Forschung und ist auch mit Amateurteleskopen zugänglich: TXS 0506+ 056im Sternbild Orion.


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Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 1/2019

M. Weiss/CfA

M. Weiss/CfA

Es ist wie der Blick in einen Laser – nur, dass dieser in kosmischer Entfernung, weit jenseits aller uns bekannten Galaxien, steht. Die Rede ist von dem Objekt TXS 0506+056, das Forscher ...

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... als eine Quelle energiereicher kosmischer Strahlung, unter anderem Neutrinos, identifiziert haben (siehe SuW 9/2018, S. 24). Die Energiequelle dieser Strahlenkanone ist ein Milliarden Sonnenmassen schweres Schwarzes Loch, das sich im Zentrum einer aktiven Galaxie befindet und dort ständig Materie verschlingt. Allerdings fällt dieses heiße Gas nicht geradewegs in das Schwerkraftmonster hinein, sondern sammelt sich zunächst in einem heißen, magnetisierten Strudel, der das Loch ringförmig umgibt (siehe Illustration links). In einer solchen Akkretionsscheibe nähert sich einströmendes Gas allmählich dem Schwarzen Loch. Einem kleinen Teil dieser Materie gelingt es jedoch, mit Hilfe des Magnetfelds dem drohenden Schicksal zu entkommen: So entweicht senkrecht zur Scheibe magnetisiertes Plasma in schmalen Ausflüssen, den so genannten Jets. Akkretionsscheiben mit Jets sind im Kosmos ein universelles Phänomen: Man beobachtet sie nicht nur in der Umgebung massereicher Schwarzer Löcher, sondern in ähnlicher Weise auch bei den viel kleineren stellaren Schwarzen Löchern innerhalb von Doppelsternsystemen, den Mikroquasaren.

Und auch eine relativ kurze aktive Phase der Sternentstehung verrät sich durch einen gerichteten Gasausfluss. Die Astronomen sprechen hierbei von einem Herbig-Haro-Objekt. Allerdings sind sie vergleichsweise massearm und setzen weitaus weniger Energie frei als die Kerne aktiver Galaxien.

BL Lac: nur scheinbar ein veränderlicher Stern

Die Geschichte der Blazare begann mit einem unauffälligen, aber äußerst merkwürdigen Objekt im Sternbild Eidechse (lateinisch: Lacerta), das Cuno Hoffmeister im Jahr 1929 auf Fotoplatten entdeckte. Der an der Sternwarte im thüringischen Sonneberg forschende Astronom hielt seinen Fund für einen veränderlichen Stern und katalogisierte ihn somit gemäß dem hierfür international üblichen Standard: ein Doppelbuchstabe – in diesem Fall BL –, gefolgt vom Sternbildkürzel Lac für Lacer-ta. In der Fachwelt erregte BL Lacertae große Aufmerksamkeit, weil seine Helligkeit viel unregelmäßiger und stärker schwankte als bei allen bis dahin bekannten Veränderlichen.

Ernst E. von Voigt / SuW-Grafik

DSS / WikiSky

Der Blazar TXS 0506+056 befindet sich im Sternbild Orion, rund vier Grad westlich des 1,6 mag hellen Sterns Bellatrix (Gamma Orionis, g Ori). Ein großer Sucher oder ein Leitfernrohr mit 70 bis 80 Millimeter Objektivdurchmesser helfen beim Einstellen des richtigen Sternfelds. Eine Übersichtskarte des Abendhimmels im Januar finden Sie auf S. 56 in diesem Heft.


DSS / WikiSky

Erst in den 1960er Jahren wurden Exoten wie BL Lacertae als leuchtkräftige Kerne weit entfernter aktiver Galaxien erkannt: Astronomen entdeckten in der Umgebung heller, sternähnlich aussehender BL-Lac-Objekte sehr leuchtschwache Galaxienhalos. Des Weiteren fielen viele von ihnen auch als starke Radioquellen auf. Heute ist bekannt, dass ein Blazar dank besonderer Umstände nur ein Spezialfall eines Quasars ist – woraus sich auch die Herkunft des Kunstworts Blazar erklärt: Es setzt sich aus den Begriffen BL Lac und Quasar zusammen. Bei einem Blazar blicken wir genau in einen der beiden Jets eines Quasars hinein. Daher können wir solche Objekte trotz ihrer großen Distanzen noch beobachten. Weiter in die Tiefen des Weltalls kann man mit einem Amateurteleskop kaum vordringen.

Beobachtungsprojekt TXS 0506+056

Bei dem rund vier Milliarden Lichtjahre entfernten Blazar TXS 0506+056 wurden nahezu zeitgleich Neutrinos und energiereiche Gammastrahlung nachgewiesen – ein bedeutender Erfolg für die noch junge Disziplin der Multimessenger-Astronomie, die gänzlich verschiedene Boten (englisch: Messenger) gleichermaßen in die Erforschung des Universums einbezieht: Licht aller Spektralbereiche, kosmische Strahlung, Neutrinos und auch Gravitationswellen (siehe 9/2018, S. 24). Tatsächlich ist dieser Blazar, neben der spektakulären Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke, sogar die bislang einzige identifizierte extragalaktische Neutrinoquelle. Im Vergleich zu seiner enormen Entfernung fand die genannte Supernova allerdings vor unserer kosmischen Haustür statt und war auch nur am Südhimmel sichtbar.

Glücklicherweise ist das im Sternbild Orion gelegene Objekt TXS 0506+056 derzeit optimal am Nachthimmel platziert, und zwar bei den Himmelskoordinatena = 05h09m25, s96,d = +05°41935,03 (siehe Bilder oben). Zumeist zeigt sich der Blazar mit einer scheinbaren Helligkeit von maximal 14 mag (siehe Kasten S. 76) und ist damit noch einer der helleren Vertreter seiner Art; die hellsten Blazare erreichen rund 13 mag (siehe SuW 2/2003, S. 60). Beim fotografischen Nachweis sollten Beobachter jedoch eine Grenzgröße von 16 mag anstreben, um das Objekt sicher zu identifizieren und seine Helligkeit schätzen zu können. Dies ist zwar dank moderner Digitalkameras oder gekühlter CCD-Sensoren schon mit einem 200-Millimeter-Teleobjektiv binnen zwei Minuten Belichtungszeit möglich – jedoch ist der mit einer derart kleinen Optik erreichbare Abbildungsmaßstab zu klein, um den Blazar deutlich von eng benachbarten Sternen zu trennen. Besser ist daher ein nachgeführtes Teleskop mit einem Objektiv-oder Spiegeldurchmesser von mindestens 15 Zentimetern (siehe Kasten S. 76). Die rein visuelle Beobachtung von TXS 0506+056 erfordert ein größeres Teleskop ab etwa 40 Zentimeter Öffnung.

Die Vergleichssternkarte unten hilft visuellen Beobachtern, die Helligkeitsschwankungen des Blazars TXS 0506+056 zu verfolgen. Sie erfasst ein Himmelsfeld von 3030 Bogenminuten.Die Helligkeiten sind jeweils in zehntel Magnituden vermerkt, wobei das Dezimalkomma fortgelassen wurde. Beispielsweise bezeichnet 151 einen Stern mit einer scheinbaren Helligkeit von 15,1 mag.


AAVSO / SuW-Grafik

Unter dunklem Himmel und besten Sichtbedingungen können auch 30 Zentimeter ausreichen. Visuelle Helligkeitsschätzungen anhand von Vergleichssternen bieten den Vorteil, dass sie auch nahe der mit diesen Teleskopen erreichbaren Grenzhelligkeit recht zuverlässig sind und keinen zusätzlichen technischen Aufwand erfordern.

Die Lichtkurve: Messlatte für den Blazar-Kern

Allein schon den Blazar aufzufinden und dabei so tief in den Kosmos hinauszublicken wie nie zuvor ist eine interessante Herausforderung. Aber es ist auch spannend, die Helligkeitsschwankungen einige Monate lang zu verfolgen und eine Lichtkurve zu erstellen. Zum Erlernen der Helligkeitsschätzungen kann man zunächst am Bildschirm oder auf einem Foto und später visuell am Teleskop – das Bild des Blazars mit Nachbarsternen bekannter Helligkeit vergleichen. Hierbei lassen sich die in der Literatur vielfach beschriebenen Methoden nach Pickering oder Argelander anwenden (siehe SuW 10/2017, S. 48). Ein elektronisches Formular, mit dem sich Vergleichssternkarten erstellen lassen, findet sich auf der Website der Ame-rican Association of Variable Star Observers AAVSO; dies ist ein internationaler Zusammenschluss von Beobachtern veränderlicher Sterne. Unterwww.aavso.org/apps/vsp können Sie den Maßstab der Karte Ihren Bedürfnissen entsprechend wählen. In unmittelbarer Nachbarschaft des Blazars finden sich passende Referenzsterne mit Helligkeiten von 14 bis 16 mag (siehe Grafik S. 75).

Die Lichtkurve eines Blazars mag erratisch und nicht vorhersagbar sein, jedoch enthält sie eine wertvolle Information über ihre Quelle. Die typische Zeitskala der kürzesten Helligkeitsschwankungen beträgt nämlich nur wenige Wochen. Und dies vermittelt dem Beobachter einen Anhaltspunkt für die Größe des strahlenden Kernbereichs – nur rund ein zehntel Lichtjahr. Die Begründung ist einfach: Die Lichtlaufzeit durch die Quelle multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit ergibt ihren Durchmesser. Er entspricht der kürzesten Fluktuationszeit, weil eine Koordinierung der Gesamtausstrahlung über den gesamten Durchmesser der Quelle hinweg nur durch eine Wechselwirkung erreicht werden kann, welche die verschiedenen strahlenden Regionen nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit aneinander koppelt.

Die Macht der Akkretion

Im Vergleich zur Ausdehnung einer Galaxie ist der zentrale Bereich, in dem sich die Akkretionsscheibe befindet und in dem auch die Jets entstehen, wahrhaft winzig:

Er ist mit dem Durchmesser unseres Sonnensystems in seinen äußersten Bereichen vergleichbar. Gleichzeitig ist aber der Energieausstoß eines solchen kosmischen Großkraftwerks einzigartig im Universum. TXS 0506+056 strahlt Licht in einem weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums aus, bis hin zu den Gammastrahlen.

Hinzu kommen energiereiche Teilchen, die auf hohe Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt werden. Ein Blazar ist also ein Objekt, das selbst die kühnsten Fantasien von Sciencefiction-Autoren übertrifft. Und Sie können es vielleicht schon heute Nacht am Teleskop beobachten!

KLAUS-PETER SCHRÖDER ist Professor für Astrophysik an der Universität Guanajuato in Zentralmexiko. Als Student beobachtete er über viele Jahre hinweg regelmäßig mit dem eigenen Teleskop; heute sind die stellare und solare Aktivität seine Forschungsschwerpunkte.

Literaturhinweise

Reichert, U.: Blazare als Quellen kosmischer Strahlung identifiziert. In: Sterne und Weltraum SuW 9/2018, S. 24 – 33
Wenzel, K., Düskau W.: BL-Lacertae-Objekte – eine Herausforderung für den Amateur. In: Sterne und Weltraum 2/2003, S. 60 – 65
Wenzel, K.: S5 0716+71: Ein helles, aktives BL-Lacertae-Objekt. In: Sterne und Weltraum 1/2007, S. 77 – 80
Wenzel, K.: Ein seltsamer Veränderlicher am Frühlingshimmel: Das BL-Lacertae-Objekt W Comae. In: Sterne und Weltraum 4/2008, S. 78 – 82

Dieser Artikel und Weblinks:
www.sterne-und-weltraum.de/artikel/ 1609440