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BL Lac – vom veränderlichen Stern zum Prototyp der Blazare
Ein unscheinbarer „SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande.“ im SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande.bild Eidechse ist in Wahrheit eines der hellsten und merkwürdigsten Objekte im Universum. Die Akkretion von Materie auf ein Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie setzt gewaltige Energiemengen frei, die in gebündelten Strahlen ins Weltall geschleudert werden – direkt in Richtung Erde. Die Geheimnisse des Universums werden nicht immer in überraschenden, bahnbrechenden Entdeckungen enträtselt. Oft lüftet sich der Schleier in kleinen, langsamen Schritten, und manchmal dauert es Jahrzehnte, bis das vollständige Bild freigelegt ist. Die Erforschung des Himmelsobjekts BL Lacertae ist dafür ein gutes Beispiel. Einst als unbedeutender Beifang in die astronomischen Kataloge aufgenommen, entpuppte sich der vermeintliche veränderliche SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande. als eine der größten Energieschleudern im Universum.Anfangs nur ein Fall für die Statistik
Im Jahr 1929 veröffentlichte der Astronom Cuno Hoffmeister in „Fortsetzung der Arbeiten zur Statistik der veränderlichen SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande.e“ eine Liste mit 354 neuen Veränderlichen, die er fotografisch an der SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande.warte Sonneberg entdeckt hatte. Darunter befand sich ein sternförmiges Objekt im SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande.bild Eidechse (Lacerta), dessen scheinbare Helligkeit zwischen 13 und 15 mag zu variieren schien. Hoffmeister klassifizierte es als kurzperiodischen Veränderlichen. Gemäß der Regeln für die Benennung veränderlicher SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande.e erhielt das Objekt später die Bezeichnung BL Lacertae oder kurz BL Lac. Lange Zeit hielten die Astronomen BL Lac also für einen veränderlichen SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande. innerhalb unseres Milchstraßensystems, und sie widmeten ihm wenig Aufmerksamkeit. Das änderte sich Ende der 1960er Jahre, nachdem immer bessere Radioteleskope auch den Radiowellenbereich des elektromagnetischen Spektrums für die Astronomie zugänglich gemacht hatten und ein seltsames Verhalten von BL Lac registrierten.Identifikation mit einer Radioquelle
Eines der großen Radioteleskope, die in der Pionierzeit der Radioastronomie aufgebaut wurden, befand sich am Vermilion River Observatory der University of Illinois in den USA. Der Reflektor bestand aus einer 180 Meter langen Rinne mit parabolischem Querschnitt, die in eine natürliche Senke eingelassen worden war. Mit Hilfe der Erddrehung tastete dieses Teleskop seit 1959 den Himmel im Radiobereich ab. Eine der mit dieser Anlage entdeckten Radioquellen erhielt nach ihrer ungefähren Himmelsposition die Katalogbezeichnung VRO 42.22.01 (wobei die 42 für den Deklinationsbereich 42° bis 43° steht, die 22 für den Rektaszensionsbereich 22h bis 23h, und die 01 für die erste in diesem Himmelsareal entdeckte Quelle). Die Radioquelle VRO 42.22.01 verhielt sich sehr merkwürdig: Ihre spektrale Energieverteilung stieg im Bereich der Meter- und Zentimeterwellen mit abnehmender WellenlängeDer Abstand zweier phasengleicher Punkte einer schwingenden Welle. Mit der Frequenz ν einer elektromagnetischen Welle ist deren Wellenlänge λ über die Beziehung c = λ · ν verknüpft, wobei c die Lichtgeschwindigkeit ist. steil an und zeigte ein Doppelmaximum, was darauf hindeutete, dass die Quelle aus zwei Komponenten besteht. Zudem wurden während der mehrjährigen Messkampagne immer wieder Intensitätsschwankungen bis zu 50 Prozent und mehr beobachtet, die innerhalb von Wochen oder sogar von Tagen erfolgten. Die Radiostrahlung erwies sich zudem als teilweise linear polarisiert. Dies alles deutete auf eine nicht-thermische, also nicht-stellare Quelle hin, die in ihrer Charakteristik eher einer kompakten Galaxie oder einer der quasistellaren Quellen ähnelte, von denen seit Ende der 1950er Jahre mehrere durch Radiobeobachtungen entdeckt worden waren. Ein entscheidender Fortschritt wurde erzielt, als es den beiden Radioastronomen John M. MacLeod und Bryan H. Andrew vom Algonquin Radio Observatory in Kanada 1968 gelang, die Position von VRO 42.22.01 präzise zu bestimmen und diese Radioquelle mit dem im Optischen sichtbaren „Stern“ BL Lac zu identifizieren.Auf einer Fotoplatte des Mount-Palomar-Observatoriums ist BL Lacertae mit einem Fadenkreuz markiert. Auf den ersten Blick erscheint das Objekt wie ein normaler Stern. Doch bei genauerem Hinsehen erkennt man, dass das Beugungsscheibchen an den Rändern verwaschen ist. Diese Aufnahme lieferte einen ersten Hinweis darauf, dass das Objekt von einem Gasnebel umgeben oder in eine lichtschwache Galaxie eingebettet sein könnte. Das Bild ist eine Ausschnittvergrößerung einer rotempfindlichen Fotoplatte des POSS-I-Sternatlas, die den Sternenhimmel in einer Negativdarstellung zeigt. Die Kantenlänge des Bildes beträgt etwa 6 Bogenminuten. (Bild: Palomar Sky Atlas red print, entnommen aus: J.M. MacLeod und B.H. Andrew, Astrophysical Letters 1, 243-246 (1968))
Rätselraten über die Natur des Objekts
Zugleich ging damit das Rätselraten erst richtig los. Denn im optischen Spektrum von BL Lac waren keinerlei Emissions- oder Absorptionslinien zu erkennen. Damit war weder ein Vergleich mit den physikalischen Eigenschaften anderer Objekte möglich, noch konnte eine Radialgeschwindigkeit ermittelt werden, aus der die Astronomen einen Hinweis hätten ableiten können, ob sich das Objekt innerhalb oder außerhalb unseres Milchstraßensystems befindet. Auf Aufnahmen der damals größten optischen Teleskope zeichnete sich BL Lac als SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande.scheibchen ab, dessen Ränder ausgefranst oder verwaschen aussahen. Demnach konnte BL Lac entweder ein relativ nahe gelegener SternEin aus Gasen bestehender Himmelskörper, der selbst leuchtet. Während der meisten Zeit ihres Dasein werden Sterne durch zwei widerstreitende Kräfte im Gleichgewicht gehalten: durch die Gravitation, die den Stern zusammenzudrücken sucht, und durch den Strahlungsdruck, der durch Kernfusionsprozesse im Inneren entsteht und die Gaskugel auseinanderzutreiben versucht. Unterschiede zwischen den Sternen und ihren Entwicklungswegen kommen im Wesentlichen durch ihre unterschiedliche Masse zustande. sein, der von einem ungewöhnlichen planetarischen Nebel umgeben war, oder ein sehr weit entferntes, extragalaktisches Objekt wie etwa eine kompakte Galaxie. Die kontinuierlichen Spektren im Optischen und im Radiobereich ähnelten noch am ehesten den quasistellaren Objekten oder kurz Quasaren. Es war bereits bekannt, dass diese Quasare sehr weit entfernte extragalaktische Quellen mit hoher Leuchtkraft sein müssen. Für den ersten bekannten Quasar, 3C 273, hatte Maarten Schmidt 1963 eine Rotverschiebung von 0,158 ermittelt, was eine Entfernung von mehr als 2 Milliarden Lichtjahren nahelegte. War also BL Lac ebenfalls weit außerhalb unseres Milchstraßensystems gelegen? Der Verdacht wurde zur Gewissheit, als John B. Oke und James E. Gunn im Jahr 1973 mit dem Fünf-Meter-Teleskop des Mount-Palomar-Observatoriums ein Spektrum des nebligen Objekts um BL Lac aufnehmen und daraus eine Rotverschiebung von 0,07 ableiten konnten. Nach den damaligen Werten für die kosmologischen Parameter entsprach das einer Entfernung von 350 Millionen Parsec oder 1,1 Milliarden Lichtjahren.Noch heller als Quasare?
Trotz aller Ähnlichkeiten in den Spektren von Quasaren und von BL Lac gab es aber auch Unterschiede. So gab es im kurzwelligen Bereich der Quasarspektren durchaus Anteile von thermischen Quellen mit breiten Emissionslinien, was auf heißes, sich schnell bewegendes Gas hinwies. Solche Linien fehlten bei BL Lac: Das kontinuierliche Spektrum und auch die schnellen Veränderungen in der beobachteten Intensität und Polarisation der StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen. deuteten auf rein nicht-thermische Prozesse wie etwa die Erzeugung von Synchrotronstrahlung hin. War BL Lac also vielleicht einer Unterart von Quasaren zuzuordnen? Die rasche Variabilität von BL Lac im Optischen und im Radiobereich setzte eine obere Grenze für die Ausdehnung der StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen.squelle. Denn weil sich ein physikalisches Signal höchstens mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, kann die StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen.squelle nicht größer sein als die Strecke, die Helligkeitsänderungen in der von ihnen benötigten Lichtlaufzeit von einem Ende zum anderen Ende der Quelle zurücklegen. Je rascher also die Intensitätsschwankungen erfolgen, umso kleiner muss die StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen.squelle sein. Da die Helligkeit von BL Lac im Visuellen manchmal um 0,3 mag innerhalb eines Tages schwankte, folgte daraus, dass die das Licht aussendende Region nur den Bruchteil eines Lichtjahres groß sein konnte – genau genommen kleiner als ein Lichttag, was ungefähr der Größe unseres Sonnensystems entspricht. Diese Konsequenz brachte die Astronomen heftig ins Grübeln. Wie konnte eine StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen.squelle, die – verglichen mit den Abmessungen einer Galaxie – derart kompakt ist, über kosmische Entfernungen hinweg als Stern 14. Magnitude am irdischen Himmel leuchten? Im Grunde gab es nur zwei Antworten: Entweder stellte BL Lac eines der hellsten Objekte im Universum dar, für dessen Natur es noch keine Erklärung gab; oder es musste doch viel näher an der Erde liegen, was aber wiederum bedeutete, dass die Methode, aus der beobachteten Rotverschiebung auf die Entfernung eines Objekts zu schließen, im kosmischen Maßstab versagte. Beide Antwortmöglichkeiten beschäftigten die Astronomen über Jahre hinweg, und letztlich mündeten die Forschungen in der Entdeckung einer völlig neuen Objektklasse, welche maßgeblich zur Entwicklung des gesamten Kosmos beigetragen hat.Die Zeitskala Δt, in der die Helligkeit einer Strahlungsquelle schwanken kann, hängt direkt mit ihrem Durchmesser D zusammen. Denn die unterschiedlichen Regionen der Strahlungsquelle müssen physikalisch zusammenhängen, und kein physikalisches Signal kann sich schneller als mit der Lichtgeschwindigkeit c ausbreiten. Ein Beispiel: Werden Helligkeitsschwankungen auf der Zeitskala von einer Stunde beobachtet, kann der Durchmesser der Quelle nicht größer als eine Lichtstunde (1,08 Milliarden km) sein. (Bild: Uwe Reichert)
Schwarze Löcher kommen zu Hilfe
Es zeigte sich bald, dass BL Lac kein Einzelfall ist. Weitere Radioquellen am Himmel, für die sich auch optische Gegenstücke fanden, wiesen ähnliche Eigenschaften auf. Es musste also für eine ganze Gruppe von Himmelsobjekten – nun nach dem Prototyp BL-Lac-Objekte genannt – eine Erklärung gefunden werden. Woher bezogen sie ihre StrahlungsenergieDie Energie E eines Photons elektromagnetischer Strahlung ist gemäß der Formel E = h f mit der Frequenz f des Photons verknüpft. Hierbei ist die Konstante h das plancksche Wirkungsquantum (h = 6,626 · 10−34 J s). Für Teilchenstrahlung ist die kinetische Energie Ekin eines Teilchens der Masse m: Ekin = ½ m v2, wobei v die (nicht-relativistische) Geschwindigkeit des Teilchens ist.? Wie konnte ein Objekt, das vielleicht nicht größer ist als unser Sonnensystem, heller leuchten als eine Galaxie, die aus mehreren Milliarden Sternen besteht? Gesucht war somit ein Prozess, der wesentlich mehr Energie freisetzt als die Kernfusion im Innern der Sterne. Der effizienteste Prozess, den die in unserem Universum gültigen Naturgesetze zulassen, ist die Umwandlung von Gravitationsenergie in StrahlungsenergieDie Energie E eines Photons elektromagnetischer Strahlung ist gemäß der Formel E = h f mit der Frequenz f des Photons verknüpft. Hierbei ist die Konstante h das plancksche Wirkungsquantum (h = 6,626 · 10−34 J s). Für Teilchenstrahlung ist die kinetische Energie Ekin eines Teilchens der Masse m: Ekin = ½ m v2, wobei v die (nicht-relativistische) Geschwindigkeit des Teilchens ist.. Gravitation ist zwar die schwächste der vier Grundkräfte in der Natur, wegen ihrer unendlichen Reichweite und weil sie sich nicht abschirmen lässt, ist sie aber die alles dominierende Kraft im Universum. Jede Masse übt über die Gravitation eine anziehende Wirkung auf andere Massen aus. Und wenn Materie aus großer Entfernung auf eine zentrale Masse fällt – ein Prozess, der fachsprachlich Akkretion genannt wird – wandeln sich große Mengen an Gravitationsenergie in andere Energieformen um. Um die Leuchtkraft von BL-Lac-Objekten mit Hilfe der Akkretion zu erklären, musste die zentrale Masse das Milliardenfache der Sonnenmasse betragen. Andererseits musste diese gewaltige Masse in einem relativ kleinen Volumen versammelt sein. Das einzige Objekt, das diese Bedingungen erfüllen konnte, war ein Schwarzes Loch. Lange Zeit blieben Schwarze Löcher rein hypothetische Konstrukte. Doch seit Anfang der 1970er Jahre mehrten sich Beobachtungen, dass solche kompakten Objekte tatsächlich im Universum existieren. Mit Cygnus X-1 wurde 1971 der erste Kandidat für ein stellares Schwarzes Loch innerhalb unseres Milchstraßensystems entdeckt. Hinweise, dass es in den Zentren von Galaxien sogar extrem massereiche Schwarze Löcher geben kann, folgten bald darauf: Beobachtungen von Messier 87, die 1978 veröffentlicht wurden, ließen sich nur erklären, wenn im Zentrum dieser Galaxie ein Schwarzes Loch von etwa fünf Milliarden Sonnenmassen vorhanden war.Vereinheitlichtes Modell für aktive Galaxienkerne
In den Folgejahren entwickelten Theoretiker Modelle, um die verschiedenen Beobachtungen mit der Akkretion von Materie an einem extrem massereichen Schwarzen Loch zu erklären. Viele Daten mussten neu interpretiert und so mancher vorläufig eingeführte Begriff musste modifiziert werden. Je nach beobachteten Eigenschaften hatten nämlich die Astronomen extragalaktische Radioquellen in verschiedene Gruppen eingeteilt: Seyfert-Galaxien (der Klasse 1 und 2), Radiogalaxien, radiolaute und radioleise Quasare, BL-Lac-Objekte, OVV-Quasare (für optically violent variable quasar), und noch viele mehr, die alle unabhängig voneinander entdeckt worden waren. Jetzt ging es aber darum, die physikalische Ursache dieser unterschiedlichen Erscheinungsbilder herauszufinden. Letztlich erwiesen sich alle genannten Klassifizierungen als Untergruppen von Galaxien, deren Kerne eine hohe Aktivität aufweisen. Diese aktiven Galaxienkerne (nach dem englischen Begriff active galactic nuclei meist als AGN abgekürzt) beruhen alle auf dem gleichen Mechanismus: Ein extrem massereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer Galaxie sammelt Materie aus seiner Umgebung auf. Diese einströmende Materie kann wegen der Drehimpulserhaltung nicht direkt auf das Schwarze Loch einstürzen. Vielmehr bildet sich eine Akkretionsscheibe, in der sich die Materie durch Reibung stark aufheizt. Starke Magnetfelder sorgen dafür, dass geladene Teilchen in Form von entgegengesetzten Strahlenbündeln – sogenannten Jets – senkrecht zur Scheibenebene mit hoher Geschwindigkeit herausschießen. Welches Erscheinungsbild irdische Beobachter wahrnehmen, hängt einerseits von den Eigenschaften des jeweiligen AGN ab, wie zum Beispiel von der Masse des Schwarzen Lochs, der Akkretionsrate und dem Vorhandensein von umgebenden Staub- und Gasschwaden, die einen Teil der freigesetzten StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen. abschirmen oder Emissionslinien aussenden können. Maßgeblich ist aber auch die Orientierung der Akkretionsscheibe und insbesondere die Lage der Jets zur Sichtlinie. Im Falle der BL-Lac-Objekte ist einer der beiden fast lichtschnellen Jets nahezu auf die Erde ausgerichtet. Starke relativistische Effekte sorgen aus der Perspektive der irdischen Beobachter dafür, dass sich der Jet scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit bewegt und sich seine Helligkeit durch einen Beaming genannten Effekt um rund das Tausendfache verstärkt. Eine ungleichmäßige „Fütterung“ der Jets mit Materie und die heftige Dynamik starker Magnetfelder führt dazu, dass die beobachtete Helligkeit sich in kurzen Zeitspannen um ein Vielfaches ändern kann.Die Illustration verdeutlicht, wie Intensitätschwankungen von BL Lac zustande kommen. Im nach rechts oben gerichteten Jet, der in der Realität fast genau auf die Erde gerichtet ist, läuft eine Stoßwelle (der helle, türkisfarbene Fleck) mit hoher Geschwindigkeit nach außen und passiert einen Bereich, in dem das Magnetfeld spiralig verdreht ist (angedeutet durch hellblaue Magnetfeldlinien). Dabei wird die Stoßwelle ebenfalls verdreht (angedeutet durch eine gelbe, weniger stark verdrehte Linie. Auf der Erde macht sich dieser Vorgang als Intensitätsausbruch im sichtbaren Licht und auch im Röntgen- und Gammalicht bemerkbar. Weiter außen im Jet befindet sich eine stationäre Einschnürung; wenn die Stoßwelle diese Einschnürung durchquert, wird ein zweiter Helligkeitsausbruch erzeugt. Das Foto ist dem unten verlinkten Video entnommen, das die beschriebenen Vorgänge animiert. (Bild: Forschungsgruppe Cosmovision, geleitet von Wolfgang Steffen, Instituto de Astronomía, UNAM, Ensenada, Mexico)
BL Lac als Protoyp der Blazare
Heute fassen die Astronomen die BL-Lac-Objekte gemeinsam mit einer weiteren Untergruppe der AGN, den Flat-Spectrum Radio Quasars, zu einer neuen Kategorie zusammen, den Blazaren. Das Kunstwort Blazar geht auf einen Vorschlag des US-Astronomen Edward A. Spiegel aus dem Jahr 1978 zurück, der damit die Namen BL-Lac-Objekte und Quasare zu einem Begriff zusammenzog. Blazare sind die extremsten Erscheinungsformen von aktiven Galaxienkernen, weil einer ihrer Jets fast genau auf die Erde zielt. Dabei senden sie nicht nur nach Art eines flackernden Scheinwerfers Licht und andere elektromagnetische StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen. aus, sondern auch Teilchenstrahlung. Damit sind sie eine der Quellen für die kosmische StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen., die unser Sonnensystem durchdringt und gegen die Atmosphäre unserer Erde prasselt. Nach den Quellen der seit rund 100 Jahre bekannten kosmischen StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen. hatten die Forschenden lange gesucht. Als erste extragalaktische Quelle, die kosmische StrahlungDie Ausbreitung von Energie im Raum in Form von elektromagnetischen Wellen oder atomaren Teilchen. Elektromagnetische Wellen breiten sich stets mit Lichtgeschwindigkeit aus. Teilchenstrahlung kann sich unterhalb der Lichtgeschwindigkeit mit sehr unterschiedlicher Geschwindigkeit ausbreiten, die von der kinetischen Energie der Partikel abhängt. Die Analyse der Strahlung kosmischer Objekte ist für Astronomen die wichtigste Methode, um Informationen über diese Himmelskörper zu bekommen. und auch hochenergetische Neutrinos ins All schleudert, wurde im Jahr 2018 der fast sechs Milliarden Lichtjahre entfernte Blazar TXS 0506+056 im Sternbild Orion identifiziert. Die extrem massereichen Schwarzen Löcher, die den heftigen Energieauswurf von Blazaren und anderen aktiven Galaxienkernen antreiben, sind aber nicht nur auf ferne Galaxien beschränkt. Praktisch jede Spiralgalaxie enthält in ihrem Kernbereich ein extrem massereiches Schwarzes Loch. Und irgendwann in ihrer Entwicklung hat jeder Galaxienkern eine aktive Phase durchlaufen. Auch unsere eigene Galaxie, das Milchstraßensystem, enthält in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch. Allerdings sind dort „nur“ vier Millionen Sonnenmassen auf engem Raum konzentriert, und das Schwarze Loch zeigt relativ geringe Aktivität. Es ist aber ausreichend aktiv, um die Radioquelle Sagittarius A* anzutreiben.Quellen:
- C. Hoffmeister: 354 neue Veränderliche. Astronomische Nachrichten 236, 233-244 (1929) (DOI: 10.1002/asna.19292361502)
- J.M. MacLeod und B.H. Andrew: The Radio Source VRO 42.22.01. Astrophysical Letters 1, 243-246 (1968)
- John L. Schmitt: BL Lac identified as a Radio Source. Nature 218, 663 (1968)
- Josef Solf: Rätselhafte BL-Lacertae-Objekte. Sterne und Weltraum, Februar 1973, S. 49-50
- J.B. Oke und J.E. Gunn: The Distance of BL Lacertae. The Astrophysical Journal 189, L5-L8 (1974)
- P.J. Young et al.: Evidence for a supermassive object in the nucleus of the galaxy M87 from SIT and CCD area photometry. The Astrophysical Journal 221, 721-730 (1978)
- Uwe Reichert: Blazare als Quellen kosmischer Strahlung identifiziert. Sterne und Weltraum, September 2018, S. 24-33
- Jamie Hutchinson: The Vermilion River Observatory. Two decades of radio astronomy in ECE. University of Illinois (PDF)
Die geglättete Lichtkurve zeigt den Verlauf der scheinbaren visuellen Helligkeit von BL Lac in Magnituden von Mai bis August 2021. Die Lichtkurve beruht auf Daten der AAVSO und des Forschungsprojekts „Helligkeitsschwankungen aktiver Galaxienkerne“ der Schülergruppe des Friedrich-König-Gymnasiums/Hans-Haffner-Sternwarte, die im Astronomer’s Telegram veröffentlicht wurden. Geglättet wurde die Lichtkurve, damit der Trend der Helligkeitsentwicklung innerhalb weniger Wochen besser erkennbar ist. (Bild: Uwe Reichert)
Kurz erklärt: Aktuelle Helligkeitsausbrüche von BL Lac
Die Helligkeit von BL Lac ist starken Schwankungen von bis zu fünf Magnituden unterworfen. In den Jahren 2020 und 2021 erfolgten mehrere Ausbrüche. So erreichte die scheinbare HelligkeitDie Helligkeit, mit der ein Himmelskörper dem Beobachter erscheint, also ein Maß für die empfangene Strahlung des Himmelsobjekts. Die heute übliche logarithmische Skala für die scheinbare Helligkeit basiert auf den bereits seit der Antike gebräuchlichen Größenklassen, nach denen der hellste Stern 0. Größe, die mit Augen gerade noch erkennbaren Sterne 6. Größe haben. Heute ist die Einheit Magnitude, abgekürzt mag, üblich. Der Intensitätsunterschied zweier Sterne, die sich um genau 1 mag unterscheiden, beträgt einen Faktor 2,512. Ein Unterschied von 5 mag entspricht genau einem Intensitätsunterschied von 100. Objekte, die heller als 0 mag sind, haben negative Magnituden. So erreicht die Venus im größten Glanz −4,4 mag. im Visuellen historische Spitzenwerte von 12 mag im August und September 2020 und erneut im Januar und April 2021, wobei jedes Maximum etwas höher war als das vorherige. Nach zwischenzeitlicher Abnahme der Helligkeit setzte der jüngste Ausbruch im Juni 2021 ein. Zum Zeitpunkt der Berichterstattung (11. August 2021) ist ein Allzeithoch der visuellen Helligkeit von 11,8 mag zu verzeichnen. Auch bei hochenergetischen Wellenlängen im Ultraviolett-, Röntgen- und Gammabereich stieg die Intensität, wie Beobachtungen mit den Satelliten AGILE und SWIFT sowie den Gammastrahlenteleskopen MAGIC auf La Palma zeigten.Sternhaufen
Im nordwestlichen Bereich des Sternbilds Eidechse (Lacerta) liegen die beiden offenen Sternhaufen NGC 7243 und NGC 7209. (Bild: Uwe Reichert)
Der offene Sternhaufen NGC 7243
NGC 7243 liegt im nördlichen Bereich des Sternbilds Eidechse, unweit der mit bloßen Augen sichtbaren Sterne Alpha und Beta Lacertae (α Lac und β Lac). mit denen er ein etwa gleichseitiges Dreieck bildet. Der Charme dieses Beobachtungsobjekts erschließt sich nicht sofort. Auf Fotografien hebt sich der offene SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne. nur schlecht aus der Vielzahl der etwa gleich hellen Sterne in diesem Bereich der Milchstraße heraus. Visuelle Beobachter jedoch werden mit einem attraktiven Erscheinungsbild belohnt. Generell sollte man für dieses Objekt am Teleskop Weitfeldokulare geringer Vergrößerung einsetzen. Doch empfiehlt es sich, mit der Vergrößerung etwas zu experimentieren, um den unterschiedlichen Anblick dieses offenen SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne.s wahrzunehmen. Auch in wissenschaftlicher Hinsicht ist NGC 7243 kein einfaches Objekt. Denn die physikalischen Eigenschaften der Sterne und ihre Bewegungsdaten ergaben lange Zeit kein einheitliches Bild. Noch vor wenigen Jahren zweifelten manche Studien daran, ob NGC 7243 überhaupt als offener SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne. anzusehen sei. Andere Autoren vermuteten wiederum, dass es sich um zwei SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne. handele, die sich für den irdischen Beobachter zu überlagern scheinen. In jüngster Zeit verdichteten sich die Hinweise, dass es sich wohl um einen SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne. handelt, der eine große räumliche Tiefe hat, also in Richtung der Sichtlinie sehr weit ausgedehnt ist. Für die Anzahl der Sterne, die zu NGC 7243 gehören, und dem scheinbaren Durchmesser des SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne.s finden sich in der Literatur unterschiedliche Werte: Der Lund-Katalog offener SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne. nennt 40 Sterne, die sich auf einem Areal von 21′ Durchmesser verteilen, während eine Untersuchung aus dem Jahr 2003 auf einer Fläche von 40′ × 40′ insgesamt 211 Mitglieder heller als 15,5 mag identifiziert. Eine Analyse anhand der Daten des Gaia-EDR3-Katalogs, die das bisherige Wissen erweitern könnte, steht offenbar noch aus (ein Verzeichnis der Literaturnachweise zu NGC 7243 liefert die astronomische Datenbank SIMBAD). Fotos von NGC 7243 finden sich auf den Webseiten vieler Astrofotografen, zum Beispiel bei Herbert Walter, Mark Phillips und Bärbel und Bernd Dörfeldt.Vor dem Sternenreichtum der Milchstraße im nördlichen Bereich der Eidechse fällt der offene Sternhaufen NGC 7243 erst auf den zweiten Blick auf. Eine interaktive Version dieses Bildes bietet der Aladin Sky Atlas des CDS, Strasbourg Observatory, Frankreich. (Bild: Digitized Sky Survey – STScI/NASA, Colored & Healpixed by CDS)
Der offene Sternhaufen NGC 7209
Am westlichen Rand des Sternbilds Eidechse (Lacerta) liegt der offene SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne. NGC 7209. Verglichen mit anderen Objekten dieser Art wie etwa M 39 im Schwan, der nur 6° weiter nordwestlich liegt, erscheint NGC 7209 recht unauffällig. Im Fernglas sehen wir wenige Einzelsterne vor einem diffusen Hintergrund. Erst mit einem Teleskop löst sich dieser Hintergrund in lichtschwächere Sterne auf. Optisch lässt sich der locker aufgebaute SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne. nur schwer von Sternen abgrenzen, die ihm nicht angehören. Die Parallaxenmessungen des Weltraumteleskops Gaia zeigen, dass die helleren Sterne der 8. und 9. Helligkeitsklasse, die ihn zu umrahmen scheinen, näher an der Erde liegen. NGC 7209 selbst ist rund 4000 Lichtjahre von uns entfernt. Wohl wegen seiner blassen Erscheinung gehört NGC 7209 auch wissenschaftlich zu den eher weniger beachteten Objekten. Während frühere Untersuchungen das Alter des offenen SternhaufenEine Ansammlung von Sternen, die physisch zusammengehören. Ein offener Sternhaufen ist eine relativ lockere Ansammlung von Sternen, die gemeinsam aus einer Gaswolke entstanden sind. Sie sind mit einigen Millionen Jahren relativ jung und insbesondere in der Ebene des Milchstraßensystems anzutreffen. Kugelsternhaufen sind regelmäßig geformt und enthalten einige Tausend bis einige Millionen alte Sterne.s auf etwa 400 Millionen Jahren schätzten, ergab eine Arbeit von 2018 einen Wert von rund 600 Millionen Jahren. Fotos von NGC 7209 finden sich auf den Webseiten vieler Amateurastronomen, zum Beispiel bei Jim Thommes, Bob Franke, Gregor Krannich und Philipp Keltenich.Im offenen Sternhaufen NGC 7209 in der Eidechse verteilen sich etwa 25 Sterne heller als 12 mag auf einem Areal von 20′ Durchmesser. Unmittelbar nördlich des locker verteilten Sternhaufens liegt der langperiodische Veränderliche HT Lac, dessen Helligkeit zwischen 6,1 und 6,4 mag schwankt. Hier im Bild ist dieser Veränderliche das hellste Objekt und gut an seiner rötlichen Farbe zu erkennen. Er gehört nicht zum Sternhaufen, sondern liegt viel näher an unserer Erde. Vier Sterne in trapezförmiger Anordnung, die den Sternhaufen einzurahmen scheinen, liegen ebenfalls im Vordergrund und gehören dem Sternhaufen nicht an. Eine interaktive Version dieses Bildes bietet der Aladin Sky Atlas des CDS, Strasbourg Observatory, Frankreich. (Bild: Digitized Sky Survey – STScI/NASA, Colored & Healpixed by CDS)
Ursprung des Sternbilds Eidechse
Das Sternbild Eidechse (hier Lacerta sive Stellio genannt) in der Darstellung von Johannes Hevelius (1611-1687). Der Danziger Astronom hatte die Karten für seinen 1690 posthum erschienenen Atlas selbst gestochen. Im Gegensatz zu anderen Himmelskartografen stellte Hevelius die Sternbilder seitenverkehrt dar – also so, wie sie auf einem Himmelsglobus erscheinen würden, den man von außen betrachtet. (Aus: Johannes Hevelius, Sternenatlas, russische Ausgabe, Taschkent 1978. Repro: Uwe Reichert)