2000_1=Aktive Galaxien

Diese Form der Galaxien sind recht selten, nur rund 2 % aller Sternsysteme gehören zu dieser Art und dabei überwiegen die hellen Systeme. Charakteristisch für diesen Typ ist die nichtthermische Strahlung (Synchrotonstrahlung).

Synchrotonstrahlung ist eine von hochenergetischen Elektronen ausgesandte elektromagnetische Strahlung. Die ausgestrahlte Energie wird der kinetischen Energie des Elektrons entzogen. Wie geschieht das? Die Elektronen werden durch ein Magnetfeld an der geradlinigen Ausbreitung gehindert und auf Spiralbahnen um die Magnetfeldlinien gezwungen. Das  Elektron unterliegt im Magnetfeld der Lorentz-Kraft, die Elektronen auf eine Kreisbahn bzw. auf eine Schraubenlinie um die Feldlinien zwingt. Das führt zu einer ständigen Energieabstrahlung in Bewegungsrichtung (bildlich: wie in einen Kegel) hinein. Diese kegelförmige Energieabstrahlung hat einen umso kleineren Öffnungswinkel, je größer die Energie des Elektrons ist. Die Wellenlänge des Intensitätsmaximums ist umso kleiner, je größer die Magnetfeldstärke und die kinetische Energie des Elektrons ist.

Die Synchrotonstrahlung ist äußerst intensiv und ihre Quelle konzentriert sich im Systemkern. Die letztlich verantwortlichen physikalischen Prozesse, die im Galaxienkern ablaufen, sind noch weitestgehend unbekannt.

Da sich die Strahlungsleistung in einem Zeitraum von einem Tag bis cirka einem Jahr stark verändert, kann daraus die maximale Größe der Quelle bestimmt werden. Sie kann nicht größer sein, als die Strecke, die das Licht während der typischen Helligkeitsvariation zurücklegt, denn die Lichtgeschwindigkeit ist die höchstmögliche Signal-Übertragungs-Geschwindigkeit unseres Raumzeitkontinuums. Anders ausgedrückt: nur wenn in einem Gebiet durch ein geeignetes Signal nahezu gleichzeitig der gleiche physikalische Prozeß ausgelößt wird, treten diese Helligkeitsvariationen auf. Der Durchmesser liegt in der Größenordnung zwischen max. 200 AE (bei einem Tag) und max. 0,3 pc (bei einem Jahr). Die Gesamtmasse beträgt etwa 108 bis 109 Sonnenmassen, wobei unklar ist, ob sich die Masse auf mehrere Objekte (z.B. überdichter Sternhaufen) verteilt oder im wesentlichen in einem einzelnen Objekt (z.B. Schwarzes Loch) enthalten ist. Die Kerne dieser Galaxien können optisch nicht aufgelöst werden.

Bei einigen aktiven Galaxien gibt es als Besonderheit der Kernaktivität sogenannte Materieauswürfe. Diese bewegen sich teilweise fast mit annähernd Lichtgeschwindigkeit. Diese Materiestrahlen bestehen aus fokussierter und stark beschleunigter Materie aus der Akkretionsscheibe, die auf zwei entgegengerichteten Bahnen herausgedrängt wird. Die Details dieser Prozesse, die in der Akkretionsscheibe und in den Materiestrahlen ablaufen, sind weitgehend unbekannt. Alle diesbezüglichen Modellvorstellungen sind nicht gesichert.

Da die Entwicklung und die Prozesse in aktiven Galaxien noch nicht geklärt sind, erfolgt ihre Einteilung meistens nur nach ihrem äußeren Erscheinungsbild. So wird auch hier verfahren. Eine feiner strukturierte Einteilung würde sich zusätzlich an der Hauptwellenlänge der Strahlung, am Energieumsatz, an der Helligkeitsvariation, an den Materieauswürfen, sowie an Einfach- oder Mehrfachquellen der Strahlung orientieren.

Es gibt z.B. auch die Theorie, daß die unterschiedlichen äußeren Erscheinungen allein oder zum Teil durch die zufällige Orientierung der Sichtlinie zur Symmetrieebene der Kernregion zustande kommt. Stark vereinfacht wäre dann die Blickrichtung bei: Seyfert II = in der Ebene der scheibenförmigen Kernregion und bei Seyfert I und Quasaren = auf die Scheibe und bei BL-Lacertae-Objekten = fast genau entlang der Achse eines vom Kern mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßenen, mehr oder minder homogenen Materiestrahls.

Grobeinteilung (alphabetisch):

BL - Lacertae - Objekte: Sie werden nach dem Prototyp BL Lacertae benannt, der zunächst als veränderlicher Stern angesehen wurde. Aufgrund der Rotverschiebung seiner Spektrallinien erkannte man ihn als extragalaktisches Objekt. Die BL-Lacertae-Objekte sind wahrscheinlich elliptische Riesengalaxien. Sie haben starke und schnelle Helligkeitsvariationen, mit einem Spektrum aus einem stark polarisierten Kontinuum und sie strahlen intensiv im Röntgen- und Gammabereich (wahrscheinlich bedingt durch den inversen Compton-Effekt).

Beim Compton-Effekt streuen energiereiche Photonen an Elektronen. Die Photonen geben einen Teil ihrer Energie an die Elektronen ab, deren kinetische Energie sich daraufhin erhöht. Beim inversen Compton-Effekt wird kinetische Energie von hochenergetischen sehr schnellen Elektronen auf die Photonen übertragen, die dann in die Bewegungsrichtung der Elektronen (also in Strahlrichtung) abgelenkt werden. Die Photonen erhalten also Energie, wodurch langwellige in kürzerwellige (und damit energiereichere) Strahlung umgewandelt wird. In diesem Spektralbereich ist die Ausstrahlung nicht isotrop, sondern stark gebündelt.

N - Galaxien: Sie haben einen kleinen, sternähnlich erscheinenden Kern, der von einer nebelartig erscheinenden Hülle umgeben ist. Diese hat eine schwächere Leuchtkraft und ist relativ kompakt. Der Großteil ihrer Strahlung liegt im visuellen Bereich, bei manchen auch im Radio- und im Röntgenbereich. Ihr optisches Spektrum ist vergleichbar mit den Seyfert-Galaxien, so daß bei beiden Arten von ähnlichen Vorgängen ausgegangen wird. Diese Prozesse laufen in den N-Galaxien aber mit größerer Heftigkeit ab.

Quasare: Sie sind die bekanntesten extragalaktischen Sternsysteme und haben den höchsten Energieumsatz. Gelegentlich werden Quasare mit schnellen Helligkeitsvariationen und die BL-Lacertae-Objekte zu der Galaxiengruppe BLAZARS zusammengefaßt. Nur bei nahen Quasaren kann das Restsystem als schwacher Lichtsaum beobachtet werden. Die bei Quasaren festgestellten Rotverschiebungen reichen von etwa 0,04 bis 4,897. Bei den großen Rotverschiebungen ist die Lyman-alpha-Linie (Ruhewellenlänge
121,6nm) in den sichtbaren Bereich verschoben. Optisch findet man Quasare meist aufgrund ihrer blauen Farbe. Sie befinden sich in Entfernungen von einigen Milliarden Parsec häufiger und gehören zu den entferntesten beobachteten Objekten. Ihre Kontinuumstrahlung ist im wesentlichen Synchrotronstrahlung. Die bei einigen Quasaren nachgewiesenen Materiestrahlen bewegen sich nahe der Lichtgeschwindigkeit und aus diesen Messungen läßt sich die Mindestdauer dieses Phänomens abschätzen: die Lebensdauer liegt in der Größenordnung von 106 bis 107 Jahren.

Radiogalaxien: Sie gehören meist zu den elliptischen Riesengalaxien oder S0 (S-Null) - Systemen. Sie strahlen intensiv im Radiobereich mit über 1035 W. Sie gehören in der Regel zu den optisch absolut hellsten Sternsystemen. Ihre Synchrotronstrahlung stammt aus mehreren getrennten Quellgebieten, meist aus einer Doppelquelle, gelegentlich sind es mehrere Doppelquellen bei demselben Sternsystem. Materieauswürfe aus hochgradig ionisiertem Material mit Magnetfelder, wofür eine Gesamtenergie von ca. 1055 J erforderlich ist. Die kinetische Energie der strahlenden Elektronen reicht bis zu 5*1012 eV. Die Geschwindigkeit des Materiestrahls bewegt sich mit rund 99 % der Lichtgeschwindigkeit.

Seyfert - Galaxien: Dies sind überwiegend Spiralsysteme. Das Emissionsspektrum des Typ I hat unter anderem breite Wasserstofflinien (Balmer-Linien) und Linien vom neutralen und einmal ionisierten Helium. Außerdem verbotene Linien, z.B. vom zweimal ionisierten Sauerstoff, sowie vom zwei- und viermal ionisierten Neon. Beim Typ II fehlen die erlaubten Wasserstoff- und Heliumlinien, es gibt nur die verbotenen Linien.

Verbotene Linien werden jene Spektrallinien genannt, die aufgrund bestimmter, für spontane Energieübergänge geltende Regeln der Quantenphysik nicht auftreten sollten. Diese Energieübergänge sind nicht unmöglich, ihre Wahrscheinlichkeit ist nur äußerst gering und sie werden unter Laborbedingungen nicht beobachtet. Die Wahrscheinlichkeit, daß ein Atom durch andere Gaspartikel störend beeinflußt wird, ist um viele Größenordnungen wahrscheinlicher als ein spontaner verbotener Übergang. Bei extrem niedrigen Gasdruck (z.B. im interstellaren Raum) sind Störungen so selten, daß es zur Emission verbotener Linien kommt.

Einige Seyfert-Galaxien scheinen einen Übergangstyp darzustellen, denn sie lassen sich keiner der beiden Gruppen zuordnen. Seyfert-Galaxien sind im allgemeinen starke Infrarotquellen, einige sind auch starke Ultraviolettquellen. Manche haben Radiodoppelquellen wie die Radiogalaxien, wobei ihre Quellen nicht auf der Rotationsachse des Systems liegen, sondern gerade senkrecht zu ihr. Beim Typ I ist der Kern von Gas umlagert, das aufgeheizt und ionisiert wird und expandiert. Beide Typen haben weit vom Kern entfernt große, weniger dichte Gaswolken und diese emittieren die verbotenen Linien. Sie verändern sich auch - so hat sich NGC 4151 innerhalb von rund 10 Jahren vom Typ I in den Typ II verwandelt.