Aktive galaktische Kerne
Aktive galaktische Kerne
Unter der Bezeichnung "Aktive Galaxien" oder auch AGN für "Active Galatic Nucleus" werden verschiedene Typen von Galaxien zusammengefasst, deren Ursache für die besonderen Aktivitäten in den Zentren der Galaxien zu suchen ist. Tatsächlich scheinen alle aktiven Galaxien in ihrem Kern eine "zentrale Maschine" zu besitzen, die für alle Erscheinungen verantwortlich ist, die eine Galaxie zu einer aktiven Galaxie werden lässt.
Aktive Galaxien sind Radiogalaxien,Quasare, Seyfert-Galaxien, Markarin-Galaxien sowie BL-Lac-Objekte.
Die aktiven Kerne haben ein geringes Volumen, oftmals nur einen Lichttag im Durchmesser. Beobachtungen von Sternen in der Umgebung aktiver Kerne zeigen, dass in den kleinen Volumina extrem hohe Massenkonzentrationen vorliegen, die nur durch das Vorhandensein eines schwarzen Lochs zu erklären sind. Die energiereiche Strahlung einer aktiven Galaxie wird durch die Materie erzeugt, die den Kern in einer Akkretionsscheibe umkreist auf viele Milliarden Grad aufgeheizt.
Seyfert-Galaxien
Der Astronom Carl Seyfert entdeckte 1943 im optischen Spektralbereich eine Reihe von Galaxien, die sich durch einen besonders kleinen und sehr hellen Kern auszeichnen. Auffallend sind die starken und breiten Emissionslinien der Spektren. Es handelt sich um Spiralgalaxien wie die Milchstraße, die jedoch einen Kern mit einem Durchmesser von 1000 Lichtjahren besitzen, der bis zu 50% der Gesamtstrahlung der Galaxie beisteuern kann. Die Infrarotstrahlung von Seyfert-Galaxien kann einige tausend Mal stärker sein als die einer herkömmlichen Galaxie und kann sich innerhalb eines Jahres, manchmal sogar innerhalb eines Monats, verdoppeln. Bisweilen gehen vom Kern auch beträchtliche Radioemissionen aus, die jedoch nicht mit denen der großen Radiogalaxien zu vergleichen sind. Man unterscheidet zwei Typen von Seyfert Galaxien: Seyfert-1-Galaxien strahlen stark im Röntgenbereich und haben Linien, deren Breite auf Geschwindigkeiten von bis zu 10.000 km/s hindeutet. Die Seyfert-2-Galaxien hingegen strahlen stärker im Infrarot- und Radiobereich , wogegen die Breite ihrer Linien nur auf Geschwindigkeiten von bis zu 1.000 km/s schliessen läßt.
Markarian-Galaxien
Auf Grund der Untersuchung von Farbe und Spektrum normaler Galaxien weiß man, dass das Licht aus dem Zentralbereich dem der Sonne recht ähnlich ist. Es befinden sich im Kern der Galaxien großteils Sterne der Spektralklassen G und K. Im Gegensatz dazu stellte der Astronom B.E. Markarian zu Beginn der 60er-Jahre fest, dass es unter den hellsten Galaxien welche gibt, deren Zentralbereich vorwiegend blaues Licht abstrahlt und reich an Sternen der Spektralklassen A und E ist. Es gibt zwei Typen von Markarian Galaxien; die vom Typ s haben einen sternähnlichen Kern, jene vom Typ d erscheinen hingegen eher diffus. Bei Letzteren scheint es sich um Anhäufung von Gas und jungen blauen Riesen zu handeln. Galaxien vom Typ s haben einen sternförmigen Kern, der die umgebende Galaxie überstrahlt. Markarian Galaxien zeichnen sich durch eine außerordentlich starke Kontinuumstrahlung im UV-Bereich aus.
BL-LAC-Objekte
Benannt sind diese Objekte nach ihrem Prototyp BL Lacertae, wobei LAC für Lacerta, das Sternbild Eidechse. Entdeckt wurde dieses Objekt 1929, worauf man es als veränderlichen Stern klassifizierte, da seine Helligkeit um drei Größenklassen variierte. 1968 stellten kanadische Astronomen fest, dass die Radioquelle VRO 42.22.01, die von Astronomen der Universität von Illinois entdeckt worden war, ein außergewöhnliches Radiospektrum aufwies. Man machte die Beobachtung, dass dieses Spektrum mit dem von BL Lacertae übereinstimmte. Wenig später entdeckte man andere interessante Merkmale: Die Radioemissionen variieren mit Perioden von einigen Tagen bis mehreren Monaten.; außerdem ist die Strahlung solcher Objekte stark polarisiert. Bemerkenswert ist auch , dass die Variationen im optischen Bereich in viel kürzeren Zeiträumen (in der Größenordnung von einem Tag) zu beobachten sind. Die Spektren zeigen keine Emissionslinien und nur schwache Absorptionslinien. 1973 gelang es, das Spektrum der elliptischen Galaxie rund um das helle sternähnliche Objekt BL Lacertae zu ermitteln, wodurch die Entfernung bestimmt werden konnte, die bei 420 Megaparsec liegen dürfte.
Die Ursache - Ein Schwarzes Loch:
Heute weiß man, dass es eine ganze Reihe verschiedener Galaxienkerne gibt, die mehr oder weniger aktiv sind. Die Skala reicht von normalen Galaxien wie der Milchstraße, deren Kern nur schwache Anzeichen einer Aktivität zeigt, bis zu Seyfert- und Markarian-Galaxien, die ähnliche Phänomene wie die Quasare aufweisen.
Man geht heute davon aus, dass der Ursprung für diese Aktivität in allen Fällen die gleiche sein, nämlich ein riesiges Schwarzes Loch. Demnach würde sich Materie in einer Akkretionsscheibe sammeln und auf das Schwarze Loch fallen; auf Grund des hohen Gas- und Strahlungsdrucks würde jedoch ein großer Teil der Materie in der Akkretionsscheibe nach außen beschleunigt, und zwar in Form von entgegengesetzten Materiejets. Die Masse der Schwarzen Löcher müsste sich im Bereich von 100 Mio. bis zu 1 Mrd. Sonnenmassen bewegen.
Die Unterschiede zwischen den einzelnen aktiven galaktischen Kernen könnten nur scheinbare sein und lediglich durch den unterschiedlichen Blickwinkel verursacht werden. Wenn man die Akkretionsscheibe von der Seite sieht, sind beide Materiejets zu erkennen, während die Galaxie vom Staub verdunkelt wird. Die Radiowellen dringen jedoch ungehindert durch die Materiescheibe – wir haben es also mit einer Radiogalaxie zu tun. Sieht man die Galaxie jedoch so, dass die Jets in der Beobachtungsrichtung liegen, so erscheinen sie stark veränderlich, wie dies bei den BL-Lac-Objekten der Fall ist. Wenn die Akkretionsscheibe geneigt ist, so kann man einen Jet sehen, sodass wir eine Radiogalaxie oder einen Quasar wahrnehmen. Es hat außerdem den Anschein, dass es sich bei Quasaren und Seyfert-Galaxien um dieselben Objekte in verschiedenen Entwicklungsphasen handelt. Die Quasare dürften dabei die jüngeren Objekte sein.
Aktive Galaxien sind Radiogalaxien,Quasare, Seyfert-Galaxien, Markarin-Galaxien sowie BL-Lac-Objekte.
Die aktiven Kerne haben ein geringes Volumen, oftmals nur einen Lichttag im Durchmesser. Beobachtungen von Sternen in der Umgebung aktiver Kerne zeigen, dass in den kleinen Volumina extrem hohe Massenkonzentrationen vorliegen, die nur durch das Vorhandensein eines schwarzen Lochs zu erklären sind. Die energiereiche Strahlung einer aktiven Galaxie wird durch die Materie erzeugt, die den Kern in einer Akkretionsscheibe umkreist auf viele Milliarden Grad aufgeheizt.
Seyfert-Galaxien
Der Astronom Carl Seyfert entdeckte 1943 im optischen Spektralbereich eine Reihe von Galaxien, die sich durch einen besonders kleinen und sehr hellen Kern auszeichnen. Auffallend sind die starken und breiten Emissionslinien der Spektren. Es handelt sich um Spiralgalaxien wie die Milchstraße, die jedoch einen Kern mit einem Durchmesser von 1000 Lichtjahren besitzen, der bis zu 50% der Gesamtstrahlung der Galaxie beisteuern kann. Die Infrarotstrahlung von Seyfert-Galaxien kann einige tausend Mal stärker sein als die einer herkömmlichen Galaxie und kann sich innerhalb eines Jahres, manchmal sogar innerhalb eines Monats, verdoppeln. Bisweilen gehen vom Kern auch beträchtliche Radioemissionen aus, die jedoch nicht mit denen der großen Radiogalaxien zu vergleichen sind. Man unterscheidet zwei Typen von Seyfert Galaxien: Seyfert-1-Galaxien strahlen stark im Röntgenbereich und haben Linien, deren Breite auf Geschwindigkeiten von bis zu 10.000 km/s hindeutet. Die Seyfert-2-Galaxien hingegen strahlen stärker im Infrarot- und Radiobereich , wogegen die Breite ihrer Linien nur auf Geschwindigkeiten von bis zu 1.000 km/s schliessen läßt.
Markarian-Galaxien
Auf Grund der Untersuchung von Farbe und Spektrum normaler Galaxien weiß man, dass das Licht aus dem Zentralbereich dem der Sonne recht ähnlich ist. Es befinden sich im Kern der Galaxien großteils Sterne der Spektralklassen G und K. Im Gegensatz dazu stellte der Astronom B.E. Markarian zu Beginn der 60er-Jahre fest, dass es unter den hellsten Galaxien welche gibt, deren Zentralbereich vorwiegend blaues Licht abstrahlt und reich an Sternen der Spektralklassen A und E ist. Es gibt zwei Typen von Markarian Galaxien; die vom Typ s haben einen sternähnlichen Kern, jene vom Typ d erscheinen hingegen eher diffus. Bei Letzteren scheint es sich um Anhäufung von Gas und jungen blauen Riesen zu handeln. Galaxien vom Typ s haben einen sternförmigen Kern, der die umgebende Galaxie überstrahlt. Markarian Galaxien zeichnen sich durch eine außerordentlich starke Kontinuumstrahlung im UV-Bereich aus.
BL-LAC-Objekte
Benannt sind diese Objekte nach ihrem Prototyp BL Lacertae, wobei LAC für Lacerta, das Sternbild Eidechse. Entdeckt wurde dieses Objekt 1929, worauf man es als veränderlichen Stern klassifizierte, da seine Helligkeit um drei Größenklassen variierte. 1968 stellten kanadische Astronomen fest, dass die Radioquelle VRO 42.22.01, die von Astronomen der Universität von Illinois entdeckt worden war, ein außergewöhnliches Radiospektrum aufwies. Man machte die Beobachtung, dass dieses Spektrum mit dem von BL Lacertae übereinstimmte. Wenig später entdeckte man andere interessante Merkmale: Die Radioemissionen variieren mit Perioden von einigen Tagen bis mehreren Monaten.; außerdem ist die Strahlung solcher Objekte stark polarisiert. Bemerkenswert ist auch , dass die Variationen im optischen Bereich in viel kürzeren Zeiträumen (in der Größenordnung von einem Tag) zu beobachten sind. Die Spektren zeigen keine Emissionslinien und nur schwache Absorptionslinien. 1973 gelang es, das Spektrum der elliptischen Galaxie rund um das helle sternähnliche Objekt BL Lacertae zu ermitteln, wodurch die Entfernung bestimmt werden konnte, die bei 420 Megaparsec liegen dürfte.
Die Ursache - Ein Schwarzes Loch:
Heute weiß man, dass es eine ganze Reihe verschiedener Galaxienkerne gibt, die mehr oder weniger aktiv sind. Die Skala reicht von normalen Galaxien wie der Milchstraße, deren Kern nur schwache Anzeichen einer Aktivität zeigt, bis zu Seyfert- und Markarian-Galaxien, die ähnliche Phänomene wie die Quasare aufweisen.
Man geht heute davon aus, dass der Ursprung für diese Aktivität in allen Fällen die gleiche sein, nämlich ein riesiges Schwarzes Loch. Demnach würde sich Materie in einer Akkretionsscheibe sammeln und auf das Schwarze Loch fallen; auf Grund des hohen Gas- und Strahlungsdrucks würde jedoch ein großer Teil der Materie in der Akkretionsscheibe nach außen beschleunigt, und zwar in Form von entgegengesetzten Materiejets. Die Masse der Schwarzen Löcher müsste sich im Bereich von 100 Mio. bis zu 1 Mrd. Sonnenmassen bewegen.
Die Unterschiede zwischen den einzelnen aktiven galaktischen Kernen könnten nur scheinbare sein und lediglich durch den unterschiedlichen Blickwinkel verursacht werden. Wenn man die Akkretionsscheibe von der Seite sieht, sind beide Materiejets zu erkennen, während die Galaxie vom Staub verdunkelt wird. Die Radiowellen dringen jedoch ungehindert durch die Materiescheibe – wir haben es also mit einer Radiogalaxie zu tun. Sieht man die Galaxie jedoch so, dass die Jets in der Beobachtungsrichtung liegen, so erscheinen sie stark veränderlich, wie dies bei den BL-Lac-Objekten der Fall ist. Wenn die Akkretionsscheibe geneigt ist, so kann man einen Jet sehen, sodass wir eine Radiogalaxie oder einen Quasar wahrnehmen. Es hat außerdem den Anschein, dass es sich bei Quasaren und Seyfert-Galaxien um dieselben Objekte in verschiedenen Entwicklungsphasen handelt. Die Quasare dürften dabei die jüngeren Objekte sein.
© Matthias Voß