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PUBLIKATION IN NATURE

Internationales Forschungsteam findet Knick im Plasmastrom

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Symbolbild Schwarzes Loch © Peter Jurik​​/​​Adobe Stock
Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs mit Jet.

Eine internationale Kollaboration konnte einen bisher einmaligen Blick auf die Vorgänge in einem aktiven Galaxienkern gewinnen. Mithilfe der Daten, die von Teleskopen auf der ganzen Welt gesammelt wurden, konnte das Team einen lang vermuteten Prozess im Plasma-Jet des aktiven Galaxienkerns BL Lacertae nachweisen. Der Nachweis ist so spektakulär, dass die Arbeit es in die aktuelle Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins Nature geschafft hat. An den Beobachtungen war auch Privatdozent Dr. Dominik Elsässer von der Fakultät Physik der TU Dortmund beteiligt. Er arbeitete für die Datensammlung mit Schüler*innen aus Würzburg zusammen.

Aktive Galaxienkerne gehören zu den leuchtkräftigsten Objekten im Universum. Es handelt sich dabei um extrem helle Zentralbereiche von Galaxien, die aus großen Distanzen beobachtbar sind. Ihre Helligkeit resultiert meist aus den Vorgängen um ein Schwarzes Loch, auf das Materie aus der Umgebung zustürzt. Dabei bilden sich manchmal Plasmaströme aus geladenen Teilchen, sogenannte Jets. Astrophysiker*innen erforschen aktive Galaxienkerne und ihre Jets, da sie vermuten, dass diese Teilchen enorm beschleunigen können und dabei noch viel höhere Energien erreichen als die größten Teilchenbeschleuniger auf der Erde.

Knick im Plasmastrom verursacht Helligkeitsschwankungen

Eine Unterklasse von aktiven Galaxienkernen sind die sogenannten „Blazare“. Ein bekannter Blazar heißt „BL Lacertae“: Diese etwa 900 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie beherbergt ein Schwarzes Loch mit einer Masse, die 170 Millionen Mal größer ist als die unserer Sonne. Bei der Analyse von Daten eines besonderen Helligkeitsausbruchs von BL Lacertae im Jahr 2020 fiel Astronom*innen auf, dass die Helligkeit außergewöhnlich regelmäßig schwankte. Diese quasi-periodischen Oszillationen konnten die Forschenden mit einer Veränderung im Plasma des Jets erklären, einer sogenannten Knick-Instabilität, die das Magnetfeld beeinflusst. Zu den sichtbaren Helligkeitsfluktuationen kommt es, da sich die energiereichen Teilchen im Jet durch genau diesen Knick bewegen.

„Die Knick-Instabilität ist von großer Bedeutung für die Untersuchung von Plasmen. Die Entdeckung im Jet von BL Lacertae ermöglicht nun vollkommen neue Einblicke in diesen kosmischen Teilchenbeschleuniger“, sagt Dr. Dominik Elsässer. Aus diesem Grund wurde die Arbeit vom renommierten Fachmagazin Nature zur Veröffentlichung ausgewählt. Die Publikation entstand im Rahmen des Whole Earth Blazar Telescope Projekts, eines internationalen Konsortiums von Astronom*innen, die speziell Blazare überwachen.

Schüler*innen überwachen Helligkeiten aktiver Galaxienkerne

Ein Teil der Daten, die zur aktuellen Nature-Veröffentlichung geführt haben, stammt aus einem Kooperationsprojekt zwischen dem Friedrich-Koenig-Gymnasium in Würzburg, dem Lehrstuhl für Astronomie der Universität Würzburg und der Fakultät Physik der TU Dortmund. In einem Schülerlabor werden seit zehn Jahren die Helligkeiten aktiver Galaxienkerne überwacht. Dabei führen die Schüler*innen in über 100 Nächten pro Jahr selbstständig die Messungen durch und werten auch die Daten eigenständig aus. Die wissenschaftliche Leitung des Projekts liegt bei Prof. Karl Mannheim von der Universität Würzburg und Dr. Dominik Elsässer von der TU Dortmund.

Sternwarte mit Schülern © Naturwissenschaftliches Labor für Schüler am FKG e.V.
Schüler des FKG stehen um ein Teleskop in der Sternwarte.

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