Objekt des Monats
Juni 2023
Messier 87  

 
 

Da M87 die größte elliptische Riesengalaxie im Virgo-Superhaufen ist und eine der stärksten Radioquellen am Himmel darstellt, ist diese Galaxie sowohl ein beliebtes Beobachtungsobjekt der Amateurastronomie als auch von herausragender Bedeutung als astronomisches Forschungsobjekt. Sie hat eine Helligkeit von 8,6 mag und eine Flächenausdehnung von 8,3 × 6,6 Bogenminuten.
Mit dieser Größe und Helligkeit ist die Galaxie schon im Feldstecher zu beobachten.

 

 

 

 

Bild: Wikipedia
Die elliptische Riesengalaxie M 87. Der Jet, der vom Zentrum der Galaxie Messier 87 ausgeht, wird von einem supermassereichen Schwarzen Loch verursacht.
 
 

Die etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie befindet sich mitten im Virgo Galaxienhaufen. Innerhalb eines Radius von 100 000 Lichtjahre gehören Sterne mit einer Masse von insgesamt 2 bis 3 Milliarden Sonnenmassen zu M87. Die Galaxie hat einen Durchmesser von 120 000 Lichtjahre.

Ein Blick in den Virgo Galaxienhaufen lohnt sich.

 
 
Die Lage des Virgo Haufens
 
 
Zentrum des Virgo Haufens
die Nummern neben den Galaxien geben die Nummer der Galaxie im Messier-Katalog an.
 
 

Folgende bemerkenswerte Fakten um M87 wollen wir näher betrachten:  

  1. Erstes Bild eines Schwarzes Lochs im Zentrum:
  2. Ein Jet vom Kern aus
  3. Größtes bekanntes System von Kugelsternhaufen
  4. Starke Radioquelle Virgo A
  5. Starke Röntgenquelle Virgo X-1
  6. Starke Gammastrahlungsqulle
  
 

1: Schwarzes Loch im Zentrum

 
  Die elliptische Galaxie M 87 ist mit dem Radio – Antennenverbund Event Horison Telecope (EHT) beobachtet worden. Die Beobachtungen aus dem Jahr 2017 sind in Boston und Bonn ausgewertet worden. Bei dieser Auswertung wurde ein schwarzes Loch im Zentrum von M 87 mit einer Masse von 6,5 Milliarden Sonnen gefunden.    
 

Das Event Horizon Telescope (EHT, deutsch Ereignishorizontteleskop) ist ein Projekt zur Erzeugung eines Verbundes aus Radioteleskopen. Observatorien auf der ganzen Welt, die weit auseinanderliegen, werden dabei durch Interferometrie zusammengeschaltet, um eine mögliche Akkretionsscheibe (ins schwarze Loch strömender Materiestrudel ) um ein supermassereichen Schwarzen Löcher Sagittarius A im Zentrum der Milchstraße sowie des deutlich größeren im Zentrum der elliptischen Riesengalaxie Messier 87 (Virgo Galaxienhaufens) abbilden und daraus Rückschlüsse auf deren Ereignishorizont (die Grenze ab der auch kein Licht dem schwarzen Loch entkommt) ziehen zu können. Damit sollen Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie überprüft sowie Erklärungsansätze zur Entstehung der äußerst energetischen Jets supermassereicher Schwarzer Löcher gefunden werden.

Einzelobservatorien des Event Horizon Telescope
 
 

Einige Beispiele für die überragende Auflösung: Man könnte…

  • von Paris aus, eine Zeitung in Boston lesen und könnte noch die I-Punkte erkennen.
  • kontrollieren, ob die Orangen auf dem Mond schon reif sind.
  • das Augenpaar eines Menschen auf dem Mond als zwei Augen sehen. ??

Die hohe Auflösung wird erreicht, indem weit entfernte Teleskope das Radiosignal kohärent (phasengleich) detektieren und so die große Entfernung als Durchmesser eines Teleskops gesehen werden kann. Dabei lassen sich die großen Wellenlängen der Radiowellen (30 m bis 3 mm) leichter überlagern als kurze Lichtwellen (0,0007 bis 0,0004 mm).
Aufgrund von Untersuchungen der Bewegung von hellen Strukturen in der Akkretionsscheibe von M87 wird die Masse des Schwarzen Lochs auf 6 Milliarden Sonnenmassen geschätzt.

 

Bild rechts: Erste Aufnahme des „Schattens“ und der Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs (Kern der Galaxie Messier 87) Bild Wikipedia

 
 

Riesige Mengen an heißem Gas entweichen vom extrem massereichen Schwarzen Loch im Zentrum von Messier 87 und bahnen sich ihren Weg durch das umgebende intergalaktische Medium. Sie treten nur im Röntgenlicht und im Bereich der Radiowellen deutlich hervor.

  
 

2: Ein Jet geht vom Kern aus

 

Der 1918 entdeckte Jet von M87 entspringt dem aktiven Galaxienkern und erstreckt sich von dort mindestens 5000 Lichtjahre. Die scheinbare Länge des Jets beträgt etwa 20 Bogensekunden mit einer Breite von etwa 2 Bogensekunden. Der Jet besteht aus Materie, die in der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs im Zentrum beschleunigt wird. Die Materie strömt etwa senkrecht zur Akkretionsscheibe in Form eines stark gebündelten Strahls aus.
Der deutsche Astronom Walter Baade (1893-1960) stellte 1956 fest, dass das Licht des Jets linear polarisiert ist. Dies legt nahe, dass die Energie des Jets durch die Beschleunigung von Elektronen auf relativistische Geschwindigkeiten in einem Magnetfeld erzeugt wird.
Der Jet ist für die meiste Radio- und Gammastrahlung verantwortlich.

Bild: NASA/ Wikipedia
Der Jet, der aus dem galaktischen Kern von M87 (NGC 4486) austritt.
Der Strahl erstreckt sich auf ca. 20 Bogensekunden . Zusammengesetztes Bild der Beobachtungen des Hubble-Teleskops.
Die Galaxie ist zu weit entfernt, als dass das Hubble-Teleskop einzelne Sterne auflösen könnte. Bei den hellen Punkten im Bild handelt es sich um Kugelsternhaufen.
Dieses zusammengesetzte Bild wurde vom Hubble-Heritage-Team auf der Grundlage dieser Belichtungen von ultraviolettem, blauem, grünem und infrarotem Licht zusammengestellt.

 Die in diesem Bild verwendeten Daten wurden 1998 von J.A. Biretta, W.B. Sparks, F.D. Macchetto und E.S. Perlman (STScI) mit Hubbles Wide Field Planetary Camera 2 aufgenommen.
 
 

3: Größtes bekanntes System von Kugelsternhaufen

 

M87 besitzt das größte bisher bekannte System von Kugelsternhaufen einer Galaxie. Während die Milchstraße etwa 200 Kugelsternhaufen besitzt, geht man bei M87 von 12.000 solcher Objekte aus.
Insgesamt wurden über 700 große Kugelhaufen mit einer Helligkeit über 22,5m im B-Band gezählt. Die Kugelhaufen von M87 besitzen einen größeren Durchmesser je weiter sie vom Kern der Galaxie entfernt sind.

 
     
   
  Bild oben: Das elektromagnetische Spektrum, nur ein kleiner Teil ist für das menschliche Auge sichtbar.
Beginnen wir bem langweiligen Ende des Spektrums.
Bild Wikipedia 		 
 

4: Starke Radioquelle

 

M87 ist eine sehr aktive Galaxie, die als Radioquelle mit Virgo A bezeichnet wird. Im Kern von M87 gibt es starke Magnetfelder, die Synchrotronstrahlung erzeugen.

 
 

Entstehung von Radiostrahlung

 
 

Sobald Ladungen bewegt werden, entsteht Radiostrahlung. Umgekehrt funktioniert so auch eine Antenne. Die Radiostrahlung induziert in der Antenne Strom (Elektronen bewegen sich), der im Radio umgewandelt wird.

 
 

Die Quelle der Radiostrahlung in Messier 87

  
 

Im Jahr 1947 wurde eine starke Radioquelle in Richtung von M87 entdeckt, die als Virgo A bezeichnet wurde. Da die Auflösung der Radioteleskope nicht hoch war, wurde der Zusammenhang von Quelle mit der Galaxie erst 1953 aufgedeckt. 1969–1970 konnte dann festgestellt werden, dass ein großer Anteil der Strahlung tatsächlich in engem Zusammenhang mit der optischen Quelle des Jets steht.

 
 

5: Starke Röntgenquelle

 

M87 ist eine sehr aktive Galaxie, die als Röntgenquelle mit Virgo X-1 bezeichnet wird.

 
 

Entstehung von Röntgenstrahlung

 
  Es gibt folgende vier Möglichkeiten:  
 

Compton Streuung

 
 

Er ist der wichtigste Prozess zur Entstehung von Röntgenstrahlung. Treffen hochenergetische Photonen (γ - Strahlen) unter einem bestimmten Winkel auf Elektronen, werden sie gestreut. Die Wellenlänge der gestreuten Strahlung wird dadurch größer, d.h. ihre Energie verringert sich. Es entsteht Röntgenstrahlung.

 
 

Thermische Röntgenstrahlung

 
  Thermische Röntgenstrahlung wird durch freie Elektronen im Gebiet mit höchsten Temperaturen wie z. B. in der Korona der Sonne mit ca. 1 Million Grad verursacht. Bei Temperaturen über 10 000 Grad gibt es keine an einen Atomkern gebundene Elektronen mehr. Die thermische Energie der Elektronen ist so hoch, dass sie als thermische Strahler Röntgenstrahlung aussenden.  
 

Synchrotronstrahlung (Magnetische Röntgenstrahlung)

 
 

Bewegen sich Elektronen in einem Magnetfeld, dann geben sie Röntgenstrahlung ab. Die Elektronen umkreisen mit annähernd Lichtgeschwindigkeit die Feldlinien des Magnetfelds. Durch die auftretenden Fliehkräfte bei der ständigen Richtungsänderung, entsteht Synchrotronstrahlung.

 
 

Bremsstrahlung (Röntgenröhre)

 
 

Von der Kathode einer Röhre gehen Elektronen aus, die (je nach angelegter Spannung) mit bis zu 35% der Lichtgeschwindigkeit auf die Anode treffen. Beim Abbremsen wird durch die große (negative) Beschleunigung Strahlung abgegeben (γ -Strahlung)

 
 

Die Quelle der Röntgenstrahlung in Messier 87

 
 

Das schwarze Loch im Zentrum zieht die nahe Materie an. Diese stürzt nicht direkt in das schwarze Loch, sondern es umkreist erst das schwarze Loch und bildet eine Akkretionsscheibe (Beispiel: Strudel über einem Wasserabfluss) Diese Scheibe ist durch auftreffende Materie stark aufgeheizt. Hier entsteht Thermische Röntgenstrahlung.

Der Jet, der mit relativistischer Geschwindigkeit das Zentrum von Messier 87 verlässt, wird von starken Magnetfeldern angetrieben. Hier wird die Röntgenstrahlung hauptsächlich durch Synchrotronstrahlung erzeugt.

 
 

6: Starke Gammastrahlung

 

Entstehung von Gammastrahlung

 
 

Gammastrahlung entsteht beim radioaktiven Zerfall von Atomkernen. Sie hat eine Wellenlänge unter 0,005 nm (blaues Licht 400 nm)

Trifft ein geladenes Teilchen der Gammastrahlung auf die oberen Schichten der Erdatmosphäre, entsteht ein blaues Leuchten – die Tscherenkov Strahlung. Indirekt kann dadurch Gammastrahlung beobachtet werden.

 
 

Die Quelle der Gammastrahlung in Messier 87

  
 

In ihrem Zentrum befindet sich ein schwarzes Loch, das mehr als sechs Milliarden mal massereicher ist als unsere Sonne. Dort werden geladene Teilchen nahezu auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und in gewaltigen Plasmaströmen ins Weltall geschleudert. Wenn die Elektronen und Protonen mit ihrer Umgebung (interstellare Materie) reagieren, entsteht Gammastrahlung - die höchstenergetische elektromagnetische Strahlung, die beobachtbar ist.

  
     
  Quellen  
 

Wikipedia
https://www.einstein-online.info/spotlight/eht/
https://www.mpifr-bonn.mpg.de/526126/virgo_a
https://www.spektrum.de/news/das-brodelnde-zentrum-von-messier-87/1043260
https://www.scinexx.de/news/technik/schwarzes-loch-als-teilchenschleuder/
https://www.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Messier_87
https://www.spektrum.de/news/messier-87-erstmals-schwarzes-loch-mit-jet-fotografiert/2133705?utm_source=sdwv_astro&utm_medium=nl&utm_content=news
https://idw-online.de/de/news323602