Wenn das zentrale Schwarze Loch einer Galaxie gerade große Mengen an Materie verschlingt, ist dies weithin sichtbar. Denn dabei werden große Mengen an energiereicher Strahlung, Radiowellen und Teilchen frei. Ausgangspunkt dieser Emissionen ist zum größten Teil die Akkretionsscheibe um das supermassereiche Schwarze Loch – eine rotierende Scheibe aus dem Material, das das Schwarze Loch angezogen hat. Bei einigen dieser aktiven Galaxien entstehen zusätzlich paarige Plasma-Jets, Ströme aus stark beschleunigten Teilchen, die senkrecht nach oben und unten aus der Galaxie hinausgeschleudert werden. Diese Jets können hunderte bis tausende Lichtjahre lang sein und sind vor allem im Radiowellenbereich gut zu sehen und zu vermessen. In kurzwelligen Strahlenbereichen wie der Röntgen- und Gammastrahlung war es bislang jedoch schwer, die Jets sichtbar zu machen. „Am höchstenergetischen Ende des elektromagnetischen Spektrums konnte Centaurus A aber bisher nur als unaufgelöste Punktquelle beobachtet werden“, erklärt Markus Holler von der Universität Innsbruck und Mitglied der H.E.S.S.-Kollaboration.
Nur am Schwarzen Loch oder auch im Jet?
Durch diese Einschränkung konnten Astrophysiker eine entscheidende Frage bisher nicht klären: Wo in den aktiven Galaxien die energiereichen Gammastrahlen entstehen. Sollte der Beschleuniger für die diese Strahlung aussendenden Elektronen unmittelbar am Schwarzen Loch sitzen, dann dürfte nur der galaxiennahe Teil der Plasma-Jets Gammastrahlung aussenden. Denn die beschleunigten Elektronen verlieren schnell an Energie und geben dann nur noch längerwellige Strahlung ab. Gibt aber der Plasma-Jet auf ganzer Länge Gammastrahlung ab, dann müssen die Teilchen auch im Jet selbst weiter beschleunigt werden. Welches dieser Szenarien zutrifft, haben die Wissenschaftler der H.E.S.S.-Kollaboration nun mithilfe der zwölf Millionen Lichtjahre entfernten Radiogalaxie Centaurus A untersucht. Sie ist einer der hellsten Galaxien des Südhimmels und vor allem im Radiobereich gut beobachtbar. Ihr rund tausend Lichtjahre langer Jet wurde daher bisher schon in Wellenbereichen vom Radio- bis zum Röntgenbereich vermessen.
Jetzt haben die Astronomen diese Radiogalaxie mit den Teleskopen des High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia ins Visier genommen. Diese Teleskope detektieren das Eintreffen von kosmischen Gammastrahlen auf indirekte Weise. Wenn Gammastrahlen auf die Atmosphäre treffen, erzeugen sie Kaskaden angeregter, geladener Teilchen, die bei ihrem Rückfall in den Grundzustand Licht abgeben. Dieses sogenannte Tscherenkow-Licht können die H.E.S.S.-Teleskope einfangen. Für ihre Studie haben die Forscher Centaurus A mehr als 200 Stunden mit dieser Anlage beobachtet. “Als die der Erde am nächsten gelegene Radiogalaxie war Centaurus A für eine solche Untersuchung günstig, da sie uns ermöglichte, die Herkunftsregion der sehr hochenergetischen Strahlung entlang der Plasma-Jets zu identifizieren”, sagt der stellvertretende H.E.S.S.-Direktor Mathieu de Naurois vom Forschungszentrum CNRS in Frankreich. Die erhaltenen Daten werteten mehrere Forscherteams mithilfe spezieller Simulationen aus, die dabei halfen, den Ursprungsort der verschiedenen Gammastrahlen zu lokalisieren.
