Rotating jet phenomena in Active Galactic Nuclei

Abstract

Beobachtungen von Zentren Aktiver Galaxien (AGN) zeigen häufig hoch-kollimierte und bipolare Plasmaströmungen, die auch als Jets bezeichnet werden. Die vorliegende Arbeit untersucht die Auswirkungen sowohl einer intrinsischen als auch einer extrinsisch-verursachten Rotation in solchen Jets: Zunächst wird die Zentrifugalbeschleunigung geladener Teilchen an der Basis einer rotierenden Jet-Magnetosphere behandelt. Eine analytische Lösung der relativistischen (radialen) Beschleunigungsgleichung wird hergeleitet. Es zeigt sich, dass für ein Elektron, welches sich entlang einer rotierenden Feldlinie nach aussen bewegt, der maximal erreichbare Lorentz Faktor auf einige Hundert begrenzt ist durch (a) inverse-Compton Verluste im Strahlungsfeld der Akkretionsscheibe und (b) durch den Zusammenbruch der sog. "bead-on-the-wire" Näherung in der Nähe des Lichtzylinders. Die Ergebnisse veranschaulichen, dass dieser Mechanismus i.a. nicht nur vorbeschleunigte Teilchen liefern kann wie sie für eine wirkungsvolle Fermi Beschleunigung benötigt werden, sondern auch zu dem in AGN beobachteten harten Röntgen-Buckel beitragen kann. Im zweiten Teil der Arbeit wird in Anlehnung an eine Arbeit von Webb (1989) der Transport von energiegeladenen Teilchen in einem kollisionsfreien, rotierenden Hintergrundplasma vertiefend behandelt. Wir analysieren insbesondere stationäre Greensche Lösungen für Bedingungen wie sie in AGN erwartet werden. Die Betrachtung starrer und Keplerscher Rotationsprofile erlaubt es uns dabei, die Zentrifugal- und die Scherbeschleunigung von Teilchen, die an magnetischen Inhomogenitäten gestreut werden, zu unterscheiden. Im Falle einer starr-rotierenden Strömung verschwinden die Schereffekte und der Energiegewinn für ein Teilchen ist analog zu den Ergebnissen des vorhergehenden Kapitels. Für Keplersche Rotationsprofile hingegen sind i.a. sowohl Zentrifugal- als auch Schereffekte zu berücksichtigen. Für den Fall allerdings, in dem die Schereffekte dominieren und die mittlere Streuzeit mit dem Impuls anwächst, wird die Existenz von Potenzgesetzen der Impulsverteilung bestätigt. Die Bedeutung der Scherbeschleunigung zusätzlich zu Fermi-ähnlichen Mechanismen wird unter Bezugnahme auf neueste Beobachtungen (z.B. in 3C273) betont. Im dritten Teil wir der interessante Fall einer extrinsisch verursachten Jet-Rotation für das AGN-Objekt Mkn 501 behandelt. Zum ersten Mal gelingt es uns aufzuzeigen, dass sich die Periodizität in den TeV und Röntgen Lichtkurven von1997 als dopplermodulierte Flussveränderung aufgrund der Bewegung des relativistischen Jets in einem System zweier supermassiven Schwarzer Löcher verstehen lässt. Die unter Verwendung typischer Jetparameter berechnete Umlaufsperiode und die Schwerpunktsdistanz des Systems deuten auf ein sehr enges Doppelsystem hin. Ein oberer Grenzwert für die zulässigen Massen des Systems lässt sich ableiten aus der Distanz bei der die Abstrahlung von Gravitationswellen zum dominanten Prozess wird. Der so bestimmte Massenbereich zeigt eine gute Übereinstimmung mit Erwartungen aus Galaxienentwicklungsmodellen.