Kosmischer Korkenzieher

28.10.2004 - Für zwei Astrophysiker hat es sich ausgezahlt, besondere Anstrengungen zu unternehmen, einen schwachen, gigantischen Korkenzieher, verfolgt von schnellen Protonen und Elektronen, die aus einem mysteriösen Mikroquasar herausgeschossen werden, zu beobachten.

Die Astrophysiker benutzten das "National Science Foundation's Very Large Array" (VLA) Radioteleskop um die feinsten, bisher gesehenen Details, des Plasmajets ausstoßenden Mikroquasars SS 433 einzufangen, ein Objekt, dass einst "Rätsel des Jahrhunderts" getauft wurde. Das Resultat veränderte das wissenschaftliche Verständnis der Jets und legte die Kontroverse über die Entfernung entgültig bei, "über jeden Zweifel erhaben," wie sie sagen.

SS 433 ist ein Neutronenstern oder Schwarzes Loch, umrundet von einem "normalen" Begleitstern. Die starke Gravitationskraft des Objekts zieht Material aus dem stellaren Wind seines Begleiters in eine Scheibe, die das dichte, zentrale Objekt eng umkreist, bevor es hineingezogen wird. Die Scheibe treibt Jets aus schnellen Protonen und Elektronen an, so dass sie sich von seinen Polen mit nahezu einem Viertel der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Die Scheibe in SS 433 taumelt und die Jets verfolgen daher alle 162 Tage die Bahn eines Korkenziehers im All.

Die neue VLA Untersuchung deutet darauf hin, dass sich die Geschwindigkeit der ausgestoßenen Partikel mit der Zeit verändert, was im Gegensatz zum traditionellen Modell von SS 433 steht.

"Wir fanden heraus, dass sich die tatsächliche Geschwindigkeit zwischen 24 % - 28 % der Lichtgeschwindigkeit bewegt, und nicht konstant ist, wie man dachte," sagt Katherine Blundell, von der University of Oxford in the United Kingdom. "Erstaunlicherweise, verändern sich die Geschwindigkeiten bei beiden Jets, die in beide Richtungen ausgestoßen werden, simultan, und produzieren zu jeder Zeit die gleiche Geschwindigkeit," fügt Blundell hinzu.

Das neue Bild des VLA zeigt zwei volle Umdrehungen der Jets, auf beiden Seiten des Kerns. Eine Analyse des Bildes hat gezeigt, dass Material, welches mit einer konstanten Geschwindigkeit aus dem Kern kommt, einen Jet-Pfad erzeugt, der nicht genau mit den Details des Bildes übereinstimmt.

"Indem wir die Ausstöße bei variierenden Geschwindigkeiten simulierten, waren wir in der Lage eine exakte Übereinstimmung mit der beobachteten Struktur zu erzeugen," erklärt Blundell. Die Wissenschaftler wendeten dies zuerst auf einen der Jets an. "Wir waren verblüfft, als wir sahen, dass die variierte Geschwindigkeit, die die Struktur des einen Jets exakt reproduzierte, auch exakt den Pfad des zweiten Jets reproduzierte," sagt Blundell. Die Übereinstimmung der Geschwindigkeit beider Jets, reproduzierte die beobachteten Strukturen sogar dann, wenn man beachtet, dass sich einer der Jets näher von uns wegbewegt, als der andere, und daher das Licht von einem der Jets länger braucht uns zu erreichen, fügt sie hinzu.

Die Astrophysiker vermuten, dass die Veränderung der Ausstoßgeschwindigkeiten durch Änderungen der Rate, mit dem Material vom Begleitstern zur Scheibe transferiert wird, ausgelöst wird.

Das neue VLA Bild erlaubte es den Astrophysikern ebenfalls zu bestimmen, dass SS 433 ca. 18.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Frühere Schätzungen sahen das Objekt, dass sich in der Konstellation "Adler" befindet, 10.000 Lichtjahre nah. Eine exakte Entfernung erlaubt es nun, das Alter der Rückstände von der Oberfläche, die durch die Supernova, die das zentrale, dichte Objekt im Mikroquasar gebildet hat, zu bestimmen. Das Wissen der genauen Entfernung erlaubt es außerdem, die Helligkeiten der Komponenten des Mikroquasars zu messen, was das Verständnis der physikalischen Prozesse, die in diesem System ablaufen, verbessern wird.

Dieses bahnbrechende Bild wurde durch eine 10-stündige Beobachtungszeit und mit einer Konfiguration des VLA, dass seine Fähigkeit maximiert feine Details zu sehen, erzeugt. Es stellt die zeitlich längste Belichtung von SS 433 im Radiowellenbereich dar, und zeigt daher auch die schwächsten Details. Weil sich die Jets in SS 433 bewegen, würde ihr Bild, durch eine längere Beobachtung, "verschmiert". Um noch schwächere Details in den Jets zu sehen, müssen die Astrophysiker auf die höhere Empfindlichkeit des erweiterten VLA warten, dass in einigen Jahren zur Verfügung stehen wird.

SS 433 war das erste Exemplar von so genannten Mikroquasaren, binären Systemen, mit entweder einem Neutronenstern oder Schwarzen Loch, umrundet von einem anderen Stern, die Jets mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen.

Weil angenommen wurde, dass die Mikroquasare in unserer eigenen Galaxie, ihre Hochgeschwindigkeits-Jets durch ähnliche Prozesse erzeugen, wie die die Jets aus dem Kern von Galaxien erzeugen, sind die nahen Mikroquasare ein bequemes "Labor" für die Untersuchung der Physik von Jets. Diese Mikroquasare sind dichter und zeigen Änderungen schneller als ihre größeren Cousinen.

Autor: Frank Erhardt