Messier 87 mit Jet und vielen Kugelsternhaufen

Die 53 Millionen Lichtjahre entfernte Riesengalaxie M87 ist, in unserer näheren kosmischen Umgebung, das Monster schlechthin. Sie übertrifft unsere eigene Milchstraße in allen Vergleichen um einen Faktor 10-1000. So gehören zu unserer Galaxis z.B. weniger als 200 Kugelsternhaufen, bei M87 zählt man über 12000. Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum von M87 gehört mit ca. 7 Milliarden Sonnenmassen zu den größten bekannten überhaupt und ist damit 1000 x schwerer als das im Zentrum der Milchstraße. Was davon kann ich mit meinem neuen Fernrohr fotografieren ?

M87 dominiert den Virgo Galaxienhaufen, der sich über einen weitaus größeren Bereich, außerhalb des Bildfeldes erstreckt.

Also, unsere Kugelsternhaufen sind meist 20000-60000 Lj. entfernt und nur ganz wenige davon sind mit bloßem Auge in einer dunklen Nacht zu erahnen.

Die 1000x weiter entfernten in M87 sind somit 1000000x lichtschwächer (gleiche absolute Helligkeit voraussetzt). Das scheint schwierig zu werden.

Mit welcher Magnitude m erscheint uns der helle Kugelsternhaufen M3, wenn wir ihn nach M87 versetzen. Abschätzung mit der aus Wikipedia übernommenen scheinbaren Helligkeit 6.2 mag und der Entfernung 33,9 Lj:

6.2 – m = 5 lg ( 33900 / 53 000 000 ) -> m = 22.17 mag

Ziemlich düster! Das ist an der Grenze dessen, was ich unter meinen Bedingungen erreichen kann. Aber viele Haufen in M87 sind deutich heller als M3 oder unser hellster, Omega Centauri. Sie erreichen mag 19.

Als ich am 9.4. den Versuch unternahm, gingen wegen Problemen mit den USB-Anschlüssen etliche Bilder verloren. Am Ende blieben 7 mit weniger als einer Stunde Gesamtbelichungszeit. Klickt man auf das folgende, resultierende Bild, so blinkt es und erlaubt einen Vergleich mit einer Aufnahme aus dem letzten Jahr. Fast all die kleinen Pünktchen in der Nähe des Zentrums zeigen die hellsten Kugelsternhaufen in M87.

Nachdem das Licht der Galaxie weitgehend eliminiert wurde, hab ich den Bereich um M87 im Kontrast stark angehoben. So zeigen sich viele der helleren Kugelsternhaufen.

Die 12000 Kugelhaufen teilen sich in zwei etwa gleichgroße Untermengen. Einerseits rote, metallreiche, die sich mehr zum Zentrum hin konzentrieren, andererseits blaue, metallarme, die sich über den Einflußbereich von M87 hinaus erstrecken. Bei letzteren wächst der Durchmesser mit der Entfernung vom Zentrum langsam an. Die Ursache für diese Aufspaltung wird noch erforscht. Mehr zu solchen Untersuchungen: The Globular Cluster System of the Coma cD Galaxy NGC 4874 …

Was sieht man vom Schwarzen Loch? Na ja, zunächst mal nichts, außer ein paar äußerst glücklichen, ultrarelativistischen Elektronen, die dem Verhängnis, endgültig verschluckt zu werden, gerade nochmal entkommen sind und im Bild, als 20″ kurzer blauer Jet, aus dem Zentrum der Galaxie schießen. Das sind bei der Entfernung immerhin 5000 Lichtjahre.

Wie groß ist so ein Loch von 7 Milliarden Sonnenmassen ?

Wenn es nicht rotiert gilt für den Schwarzshild-Radius:

rs = 2 * G * M / c^2. G ist die Gravitationskonstante 6,67191*10^-11 m^3 kg^-1 s^-2 (Kubikmeter durch Kilogramm mal Sekunde zum Quadrat), c die Lichtgschwindigkeit 3*10^8 m/s. Wenn es maximal rotiert geht der “Radius” auf die Hälfte zurück. Überschlagsrechnung gibt 2*10^13m, paßt also nicht ins Sonnensystem, ist ca. 4mal größer.

Wird man das jemals sehen können? Ja, bald! So wird es vermutlich aussehen:

entnommen aus:
AKIYAMA, Kazunori, et al. Imaging the Schwarzschild-radius-scale Structure of M87 with the Event Horizon Telescope Using Sparse Modeling. The Astrophysical Journal, 2017, 838. Jg., Nr. 1, S. 1.

Zweifelsohne war das Schwarze Loch mit seiner Umgebung, vor langer, langer Zeit mal ein äußerst leuchtkräftiger Quasar, der 1000x heller als M87 leuchtete. Trotz der gigantischen Entfernung, hätte er den hellsten Sternen an unserem Himmel Konkurenz gemacht.

Zentrum von M87 mit Jet. Das das so farbig rauskommt, hatte ich bisher nur beim Hubble Space Telescope gesehen. Das blaue Licht des Jets hat keinen thermischen Ursprung, es handelt sich um Synchrotronstrahlung.

Interessant ist auch der Vergleich einer optischen Aufnahme mit einer aus dem Röntgenbereich.

Blinkendes Bild. Virgo-Galaxienhaufen im optischen - und im Röntgenbereich. — Blinkendes Bild. Virgo-Galaxienhaufen im optischen – und im Röntgenbereich.

Das Bild zeigt einen größeren Ausschnitt aus dem Virgo-Galaxienhaufen. Links unten erkennt man M87. Die beiden rechts oben zu sehenden sind M86 und M84. Geblinkt wird mit einer Aufnahme des selben Bereichs, die mit dem Röntgenteleskops XMM-Newton gemacht wurde. Man sieht, das viele Millionen Grad heiße Gas sammelt sich mit M87 im Zentrum des Virgo-Haufens. Tatsächlich finden sich bei typischen Galaxienhaufen nur 5% der Masse in den Sternen, 15% als heißes Gas und über 80% als Dunkle Materie.

Hier noch eine extrem tiefe Aufnahme des Haufens mit erklärendem Text:

Streams of Stars in the Virgo Cluster of Galaxies

Für die technisch interessierten noch ein paar Daten:

Alle drei gezeigten Bilder zeigen die selben Daten. Ausschnitte und Kontraste wurden jeweils angepaßt.

Aufnahmedatum: 9.4.2016, Teleskop 16″ RC F/5.6, 0.7x Reducer, Kamera Nikon D7000, 7 Bilder zu 420 Sekunden, ISO 400, Kalibration nur Bias, 4°C Umgebungstemperatur. Bildverarbeitung mit PixInsight und Photoshop.

The M87 Jet

A new view on the M 87 jet origin.

Tief im Inneren von M87

Approaching the black hole horizon with mm-VLBI

The Event Horizon of M87