Das Fermi-Weltraumteleskop der NASA und die H.E.S.S.-Teleskope in Namibia erkunden einen Blazar

Bei der beobachteten Galaxie handelt es sich um PKS 2155-304, ein als Blazar bezeichnetes Objekt. Wie bei vielen aktiven Galaxien schießen aus einem Blazar entgegengesetzt gerichtete Teilchenströme (Jets) mit nahezu Lichtgeschwindigkeit heraus, wenn Materie in ein zentrales supermassives schwarzes Loch fällt. Dieser Prozess ist noch nicht gut verstanden. Bei Blazaren ist einer der Jets direkt zur Erde gerichtet.

PKS 2155-304 liegt 1,5 Milliarden Lichtjahre entfernt im südlichen Sternbild Piscus Austrinus und ist normalerweise eine detektierbare, aber schwache Quelle von Gammastrahlung. Wenn es aber, wie 2006 beobachtet, zu einem gewaltigen Strahlungsausbruch kommt, dann wird der Blazar zur hellsten Quelle am Himmel im hochenergetischen Gammalicht – 50 Billionen Mal energiereicher als sichtbares Licht. Aber selbst von den allerhellsten Quellen erreicht uns höchstens ein derart energiereiches Gamma-Photon pro Quadratmeter und Monat.
Gammastrahlung wird in der Erdatmosphäre absorbiert und erzeugt sehr kurzlebige Teilchenschauer. Wenn diese ultraschnellen Teilchen durch die Erdatmosphäre fliegen, erzeugen sie schwache Blitze aus blauem Licht, genannt Tscherenkow-Strahlung. Das High Energy Stereoscopic System (H.E.S.S.) in Namibia mit vier großen Teleskopen hat diese Lichtblitze von PKS 2155-304 eingefangen. Gammastrahlung mit niedrigerer Energie wurde direkt von dem Large Area Telescope (LAT) an Bord des NASA-Satelliten Fermi gemessen. "Der erfolgreiche Start von Fermi gibt uns zum ersten Mal die Möglichkeit, diese gewaltige Galaxie über möglichst viele Wellenlängen zu vermessen", sagt Werner Hofmann, Sprecher des H.E.S.S.-Teams und Direktor am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg.

Ergänzend zu den Beobachtungen im gesamten Gammastrahlungs-Bereich wurde die Galaxie zeitgleich im Röntgenlicht von den Satelliten Swift and Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE) aufgenommen. Das H.E.S.S. Automatic Telescope for Optical Monitoring registrierte zudem das sichtbare Licht.

Von 25. August bis 6. September 2008 beobachteten die Teleskope gemeinsam PKS 2155-304 in einem ruhigen, nicht flackernden Zustand. Die Ergebnisse der zwölftägigen Kampagne überraschen: In aufflackernden Phasen dieses und anderer Blazare steigt und fällt die Emission im Röntgen- und Gamma-Bereich gemeinsam. Aber im ruhigen Zustand von PKS 2155-304 ist dies nicht der Fall – und niemand weiß warum.

Noch überraschender war die Entdeckung, dass aber die Emission sichtbaren Lichts zusammen mit der hochenergetischen Gammastrahlung steigt und fällt. "Es ist, als ob man einen Gebläsebrenner beobachten würde, in dessen Flamme die höchsten und die niedrigsten Temperaturen zusammen variieren, aber nicht die mittleren Temperaturen", sagt Berrie Giebels, Astrophysiker an der École Polytechnique in Paris, der sowohl für das H.E.S.S.- als auch das Fermi LAT-Team arbeitet.

„Wir Astronomen lernen daraus, dass die verschiedenen Bestandteile der Jets in Blazaren auf komplizierte Weise zusammenwirken und so die Strahlung erzeugen, die wir beobachten“, sagt Jim Chiang vom Fermi-Team an der Stanford University in Kalifornien. „Diese Beobachtungen können erste Hinweise enthalten, die uns helfen, die Vorgänge tief im Inneren eines Blazars zu entschlüsseln.“

Die Ergebnisse werden im „The Astrophysical Journal“ veröffentlicht.