Die elliptische Riesengalaxie Messier 87 (NGC 4486), im Sternbild Jungfrau (Virgo), wurde am 5. Mai 1779 von dem deutschen Astronomen Johann Köhler aufgefunden. Am 18. März 1781 wurde die Galaxie von dem französischen Astronomen Charles Messier, zusammen mit 7 weiteren Galaxien des Virgo-Galaxienhaufens sowie Messier 92 im Herkules, unabhängig wiederentdeckt. Messier beschrieb das Objekt als Nebel ohne Sterne, mit der gleichen Helligkeit wie die beiden Nebel mit der Nummer 84 und 86 in seinem Katalog. Der amerikanische Astronom Heber Curtis bemerkte im Jahr 1918 keinerlei Spiralstruktur in M 87. Allerdings entdeckte er eine Art Jet, der aus dem Kern der Galaxie zu kommen schien. Zu dieser Zeit war die Existenz extragalaktischer Objekte noch unbekannt. Der amerikanische Astronom Edwin P. Hubble kategorisierte Messier 87 im Jahr 1926 als einen elliptischen extragalaktischen Nebel ohne erkennbare Ausdehnung. Damals war M 87 die einzige elliptische Galaxie mit auflösbaren Sternen. Der amerikanische Astronom Halton Arp gliederte das Objekt zur der Klasse der Galaxien mit Jets ein. Somit ist Messier 87 auch als Arp 152 in seinem Katalog der ungewöhnlichen Galaxien (Atlas of Peculiar Galaxies) verzeichnet. Im 1959 veröffentlichten „Dritten Cambridge Katalog der Radioquellen“ trägt M 87 die Bezeichnung 3C 274. Sie steht an fünfter Stelle der stärksten Radioquellen an unserem Himmel.
Die größte und massereichste Galaxie des Virgohaufens
Messier 87 gehört zu den am besten untersuchten Galaxien des lokalen Universums und ist auch ein beliebtes Beobachtungsobjekt für Hobbyastronomen. Sie ist eine sehr aktive Galaxie und eine der hellsten Radio- und Röntgenquellen des Himmels. In der Astrophysik ist sie auch als Virgo A bzw. Virgo X‑1 bekannt. Die elliptische Riesengalaxie, vom Hubble Typ E0p, besitzt eine Helligkeit von 8,6 mag und eine scheinbare Ausdehnung von 8,3 x 6,6 Bogenminuten. M 87 wird auch als Überriesengalaxie mit ausgedehntem diffusen, aber staubfreien Halo im Zentrum eines Galaxienhaufens klassifiziert. Die Entfernung zu M 87 wird mit 53,5 Millionen Lichtjahren angegeben. Somit besitzt die Galaxie eine wahre Ausdehnung von 132.000 Lichtjahren. Der Durchmesser unserer Milchstraße beträgt nach neusten Erkenntnissen sogar 170.000 Lichtjahren. Allerdings besitzt M 87, durch ihr kugelförmiges Erscheinungsbilds, ein deutlich größere Volumen als unsere Galaxis. Gleichzeitig ist sie die leuchtkräftigste, größte und massereichste Galaxie des Virgo-Superhaufens. Mit einer Gesamtmasse von 2,7 Billionen Sonnenmassen, vereinigt sie rund eine Billionen Sterne.
Zusammen mit ihren Nachbarn Messier 84 (NGC 4374) und Messier 86 (NGC 4406) befindet sich Messier 87 im gravitativen Zentrum des Virgo-Galaxienhaufens. Dies drückt sich durch die geringe Eigengeschwindigkeit dieser Galaxien gegenüber anderen Mitgliedern des Haufen aus. M 87 und M 86 bewegen sich dabei aufeinander zu. Ihr Zusammentreffen könnte sogar die erste Begegnung der beiden Galaxien sein. In der Vergangenheit gab es wahrscheinlich eine nahe Begegnung von M 87 mit M 84. Darauf deutet der abgeschnittene Halo von M 87 hin, der durch Gezeitenkräfte verloren gegangen ist. Der abgeschnittene Halo könnte allerdings auch durch eine Kontraktion verursacht worden sein. Elliptische Riesengalaxien entstehen üblicherweise nach einer Reihe von Verschmelzungen großer Spiralgalaxien wie die der Milchstraße. Die Region um M 87 ist auch stark von elliptischen und S0-Galaxien bevölkert. Schätzungsweise wird sie von mindestens 50 kleinen Satellitengalaxien umkreist. Die hellsten von ihnen sind NGC 4476, NGC 4478, NGC 4486A und NGC 4486B.
Der Virgo-Galaxienhaufen befindet sich im Zentrum des deutlich größeren Virgo-Superhaufens, an dessen Rand sich auch unsere Lokale Galaxiengruppe mit der Milchstraße befindet. Neben M 87, enthält der Virgohaufen rund 200 große und ca. 2000 kleinere Galaxien. Die Masse von M 87 beträgt, innerhalb eines Radius von 32 Kiloparsec (ca. 104.000 Lichtjahre), zwischen 2 bis 3 Milliarden Sonnenmassen, was dem Doppelten unserer Milchstraße entspricht. Die Gesamtmasse der Riesengalaxie könnte sogar das 200-fache der gesamten Milchstraße übertreffen. Nur 1/6 dieser Masse ist in Form von Sternen konzentriert. Die Sterne in der Galaxie haben eine kugelsymmetrische Verteilung. Die am dichtesten besiedelten Regionen sind diejenigen, die dem Kern der Galaxie am nächsten sind. Die Dichte nimmt mit zunehmender Entfernung vom Zentrum ab.
Messier 87 enthält nur noch sehr wenig Staub und Gas, um diffuse Nebel zu bilden. Normalerweise findet man diese Nebel in den Armen der Spiralgalaxien wie unserer Milchstraße. Die Gesamtmasse des Staubs beträgt nicht mehr als 70.000 Sonnenmassen. Im Gegensatz beträgt die Masse des Staubs in unserem Milchstraßensystem etwa 100 Millionen Sonnenmassen. Somit können heutzutage kaum noch neue Sterne entstehen. M 87 wird deshalb von alten „metallarmen“ Sternen der Population II dominiert. Die gesamte Galaxie wird von einer ausgedehnten Korona aus heißem Gas geringer Dichte umgeben.
Auf sehr lang belichteten Aufnahmen erscheint der Halo von Messier 87 sehr ausgedehnt und so groß wie der scheinbare Vollmonddurchmesser an unserem Himmel. Dieser erscheint auch eher langgestreckt als kreisförmig zu sein. Die scheinbare Größe des Halos entspricht einer wahren Ausdehnung von über einer Millionen Lichtjahren! Damit zählt M 87 zu den massereichsten Galaxien am gesamten Himmel. An absoluter Helligkeit und Masse wird Messier 87 nur noch von der elliptischen Riesengalaxie IC 1101 übertroffen. IC 1101 ist die größte Galaxie im bekannten Universum und befindet sich im Zentrum des mehr als 1 Milliarde Lichtjahre entfernten Abell 2029 Galaxienhaufens im Sternbild Jungfrau. Die Riesengalaxie ist fast dreimal so groß wie M 87 und beherbergt etwa viermal so viele Sterne!
Kugelsternhaufen und eine Supernova
Messier 87 besitzt die bisher größte Anzahl an bekannten Kugelsternhaufen in einer Galaxie. Man schätzt, dass es in ihrem Halo mehr als 12.000 dieser Objekte gibt. Rund 1.000 von ihnen sind schon auf länger belichteten Aufnahmen zu erkennen. Sie besitzen allerdings nur eine scheinbare Helligkeit von 23 mag. Unsere Milchstraße besitzt gerade einmal 150 bis 200 dieser alten Sternhaufen. Viele Kugelsternhaufen in M 87 übertreffen Omega Centauri, den größten Kugelsternhaufen der Galaxis, an Größe und Masse deutlich. Die Kugelsternhaufen von M 87 sind vergleichbar mit Mayall II, dem größten Kugelsternhaufen der Lokalen Gruppe, der eine absolute Helligkeit von ‑9,8 mag besitzt. Einzelne Kugelhaufen von M 87 übertreffen sogar noch diese und besitzen eine absolute Helligkeit von ‑12 Größenklassen. Neben den Kugelhaufen, wurden in der Umgebung von M 87 viele kleine Satellitengalaxien nachgewiesen. Diese sind vor allem auf lang belichteten Fotos zu erkennen. Des Weiteren gibt es Hinweise auf einen linearen Sternenstrom im Nordwesten von M 87, der sich durch Gezeitenwirkung der Nachbargalaxien oder durch Kollisionen mit kleineren Satellitengalaxien gebildet haben könnte. Beobachtungen der Bewegung von 300 Planetarischen Nebeln im Halo von M 87 legen nahe, dass die Galaxie in den letzten Milliarden Jahren mit einer sternbildenden mittelgroßen Spiralgalaxie verschmolzen ist. Diese Kollision fügte M 87 auch einige jüngere, blaue Sterne hinzu.
Im Jahr 1922 wurde vom russischen Astronomen I.A. Balanowski auch eine Supernova nachgewiesen, die auf fotografischen Platten aus dem Jahr 1919 gefunden wurde. Zum Entdeckungszeitpunkt wurde die Supernova noch als mögliche Nova eingeordnet. Diese erreichte am 24. Februar 1919 eine maximale Helligkeit von 11,5 mag. Einen Monat später war sie bereits wieder auf 12,4 mag gefallen. Bis heute war sie die einzige entdeckte Supernova in M 87. Im Jahr 2002 berichtete eine Studie über die Entdeckung von über 400 Novae in Messier 87. Zwei Jahre später wurde höchstwahrscheinlich auch eine Nova in einem ihrer Kugelsternhaufen beobachtet.
Ein Supermassereiches Schwarzes Loch und sein Materiejet
Im Jahr 1947 wurde eine starke Radioquelle nachgewiesen, die aus der selben Richtung wie M 87 zu kommen schien und als Virgo A katalogisiert wurde. Hierbei handelt es sich um die stärkste Radioquelle im Sternbild der Jungfrau. Der im Jahr 1918 durch Curtis entdeckte Jet wurde als Quelle dieser Strahlung identifiziert. Im April 1965 entdeckte eine Aerobee-Forschungsrakete eine extragalaktische Röntgenquelle, die als Virgo X‑1 bezeichnet wurde. Im Jahr 1967 wurde diese Röntgenquelle ebenfalls mit der Galaxie Messier 87 in Verbindung gebracht. Weitere Untersuchungen mit den Röntgen-Forschungssatelliten HEAO‑1 und Einstein zeigten, dass diese Röntgenquelle eine komplexe Struktur aufweist und mit dem Aktiven Galaktischen Kern (AGN) von M 87 in Verbindung steht.
Am 10. April 2019 wurde mit Hilfe der „Event Horizon Telescope“ (EHT) – die Zusammenschaltung von acht über den Globus verteilten Radioteleskopen mittels Very Long Baseline Interferometry (VLBI) – bestätigt, dass sich im Zentrum von Messier 87 ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse von 6,6 Milliarden Sonnenmassen befindet. Es handelt sich hierbei um eines der massereichsten bekannten Schwarzen Löcher überhaupt. Dieses Objekt gilt als Zentrum des Aktiven Galaktischen Kerns von M 87. Sein Schwarzschildradius besitzt eine Ausdehnung von 18 Milliarden Kilometer bzw. 120 AE. Das ist etwas größer als die Halbachse der Umlaufbahn von Pluto und alle anderen bekannten Zwergplaneten in unserem Sonnensystems. Die Kollaboration des EHT präsentierten ein Bild mit dem „Schatten“ des Ereignishorizontes. Die Radioaufnahme zeigt ein klar ringförmiges diffuses Leuchten in der unmittelbaren Umgebung des Lochs, mit einer dunklen Zentralregion. Die Aufnahme zeigt gute Übereinstimmung mit Simulationen auf Basis der Allgemeinen Relativitätstheorie. Petabytes an Daten, die mit den verschiedenen Radioteleskopen der Kollaboration aufgenommen wurden, wurden hierfür in einem Supercomputer verarbeitet. Nachdem das Schwarze Loch abgebildet worden war, wurde es „Pōwehi“ genannt. Der Name ist ein hawaiianisches Wort, das „die geschmückte unergründliche dunkle Schöpfung“ bedeutet.
Das Schwarze Loch in M 87 ist von einer rotierenden Akkretionsscheibe aus ionisiertem Gas, mit einem Durchmesser von 0,39 Lichtjahren bzw. 25.000 AE, umgeben. Das Gas in der Scheibe bewegt sich mit 1000 km/s um das Schwarze Loch, bis es von ihm akkretiert wird. Die Akkretionsrate beträgt rund 0,1 Sonnenmassen pro Jahr. Hier gehen auch zwei sich gegenüberliegende und rund 6.000 Lichtjahre lange dünne und polarisierte Materiejets aus. Diese sind genau senkrecht zur Akkretionsscheibe orientiert und in verschiedenen Wellenlängen zu beobachten. Der lineare relativistische Jet erscheint schon auf relativ kurz belichteten Aufnahmen im sichtbaren Licht und besitzt eine Länge von 20 Bogensekunde und eine Breite von 2 Bogensekunden. Die Materie des Jets stammt direkt aus der Akkretionsscheibe, die das Schwarze Loch umgibt. Die Materie schießt dabei mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aus dem Zentrum von M 87 heraus.
Das Leuchten des Jets rührt von Synchrotron Strahlung her, die durch beschleunigte Elektronen nahe der Lichtgeschwindigkeit in einem Magnetfeld entstehen. Die Energie der Elektronen beträgt etwa 100 bis 1.000 Gigaelektronenvolt. Die Gesamtenergie der Elektronen wird auf 5x10^49 Joule geschätzt. Das entspricht der 10^13 fachen Energie, die in der gesamten Milchstraße in einer Sekunde erzeugt wird! Die Materie des Jets konnte mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops, bis in eine Entfernung von 260.000 Lichtjahre vom Zentrum, nachgewiesen werden. Messungen von Hubble im Jahr 1999 ergab eine geometrische Geschwindigkeit vom 4 bis 5‑fachen der Lichtgeschwindigkeit. Die scheinbare Überlichtgeschwindigkeit ist allerdings nur ein optischer Effekt der speziellen Relativitätstheorie, der bei Strömungen in Richtung des Beobachters auftreten. Neue Untersuchungen aus dem Jahr 2021 legen nahe, dass das Schwarze Loch im Zentrum von Messier 87 wahrscheinlich stark rotiert und das Plasma im Jet stark polarisiert ist. Die Radio- und Röntgenquelle in M 87 steht somit im direkten Zusammenhang mit dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum. Außerdem ist ein Radiohalo von 200.000 Lichtjahren Ausdehnung bekannt, der durch den Jet aufgeheizt wird.
Der Kern von M 87 ist auch eine Quelle starker Gammastrahlung, deren Fluss innerhalb nur weniger Tage variiert. Somit muss diese Quelle eine sehr geringe Ausdehnung besitzen. Ein Zusammenhang dieser Quelle mit der direkten Umgebung des Schwarzen Lochs ist deshalb naheliegend. Messungen der Position des Schwarzen Lochs ergaben, dass es sich wahrscheinlich nicht direkt im geometrischen Zentrum von Messier 87 befindet sondern um etwa 23 Lichtjahre verschoben ist. Eine Ursache könnte der Jet selber sein, der das Schwarze Loch, relativ zum Kern, in Bewegung gesetzt haben könnte. Die Verschiebung könnte auch durch die Verschmelzung von zwei supermassereichen Schwarzer Löcher im Zentrum zustande gekommen sein. Neuere Ergebnisse legen allerdings den Schluss nahe, dass diese Verschiebung auch ein optischer Effekt sein könnte, verursacht aufgrund zeitlicher Schwankungen der Helligkeit des Jets. Forschungen an M 87 in den letzten Jahren haben ergeben, dass Quasare, BL-Lacertae-Objekte und Radiogalaxien alle demselben astrophysikalischen Mechanismus unterliegen. Der Kern von M 87 selber besitzt Eigenschaften eines BL-Lacertae-Objekts und besitzt auch Merkmale von Galaxienkernen vom Typ LINER.
Beobachtung
Messier 87 ist, aufgrund ihrer großen scheinbaren Helligkeit, bereits als kreisrundes, verwaschenes Sternchen mit Ferngläsern und kleinen Teleskopen beobachtbar. Dabei befindet sie sich in einem überraschend sternarmen Gebiet. Im 7x50 oder 10x50 Feldstecher erscheint M 87 wie ein unscharfer Stern der 9. Größenklasse. Im 16x70 Fujinon und in Teleskopen mit bis 3 Zoll Öffnung erscheint M 87 ziemlich flächenhell und als leicht elliptischer Nebel, der zur Mitte hin heller wird. Mit 4 bis 6 Zoll Öffnung ist der Kernbereich sehr auffällig. Die Helligkeit fällt, von Zentrum ausgehend, schnell in die Randbereiche der Galaxie ab. Es sind keine weiteren Strukturen, außer das stellar erscheinende Kerngebiet, wahrnehmbar. So ähnelt sie eher einem unaufgelösten Kugelsternhaufen. Dieser Anblick ändert sich auch nicht mit noch größerer Öffnung von 8 bis 10 Zoll. M 87 erscheint bei dieser Öffnung und mit 100-facher Vergrößerung allgemein heller und ihr Zentrum ausgedehnter, mit einem annähernd stellaren Kern. In der Nähe der Galaxie erkennt man noch einen Stern der 9. Größenklasse sowie zwei weitere schwächere Begleiter (NGC 4476 & NGC 4378).
Um den rund 20 Bogensekunden lange Materiejet zu sehen, sind sehr große Teleskopen von 20 Zoll Öffnung und darüber hinaus erforderlich. Er ist bei sehr hoher Vergrößerung, um 300-fach, unter exzellenten Beobachtungsbedingungen zumindest zu erahnen. Der Jet gilt bei Amateurastronomen als visuelle Herausforderung, zumal dieser Jet deutlich leichter zu fotografieren ist. Der Jet darf aber nicht mit einem 16 mag hellen Galaxienpaar verwechselt werden. Für die zahlreichen Kugelsternhaufen, die die Galaxie umgeben, sind sogar noch größere Öffnungen jenseits der 24 Zoll erforderlich. Nicht weit von M 87 entfernt befindet sich eine Ansammlung von Galaxien, die unter dem Namen „Markarian’s Chain“ bekannt ist. Die Galaxien in dieser Kette sind bereits in mittleren Teleskopen beobachtbar. Die elliptische Galaxie M 89 befindet sich etwas mehr als ein Grad östlich von M 87. Das Galaxienpaar M 84/M 86 liegt 1,5° nordwestlich davon.
Messier 87 – und die zahlreichen Galaxien des Virgo-Galaxienhaufens – sind typische Objekte des Frühlingshimmels. Die Galaxie liegt unweit der Grenze des Sternbildes Jungfrau zum Sternbild Haar der Berenike. Sie steht ungefähr auf halber Linie zwischen den Sternen Vindemiatrix (Epsilon Virginis, 2,8 mag) und Denebola (Beta Leonis, 2,1 mag), in Richtung des Sterns Epsilon Virginis versetzt.
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Steckbrief für Messier 87
Objektname | Messier 87 |
Katalogbezeichnung | NGC 4486, UGC 7654, PGC 41361, MCG 2–32-105, 3C 274 |
Eigenname | Virgo A |
Typ | Galaxie, E/P |
Sternbild | Jungfrau (Virgo) |
Rektaszension (J2000.0) | 12h 30m 49,4s |
Deklination (J2000.0) | +12° 23′ 26″ |
V Helligkeit | 8,6 mag |
Flächenhelligkeit | 13,0 mag |
Winkelausdehnung | 8,3′ x 6,6′ |
Positionswinkel | 170° |
Absolute Helligkeit | -21,957 mag |
Durchmesser | 135.000 Lichtjahre |
Entfernung | 53,5 Millionen Lichtjahre |
Beschreibung | B in Virgo cluster;NGC 4486A @ 7.5′ ssf;NGC 4486B @ 7.3′ |
Entdecker | Johann Köhler, 1779 |
Sternatlanten | Cambridge Star Atlas: Chart 11 Interstellarum Deep Sky Atlas: Chart 45 & D2 Millennium Star Atlas: Charts 725–726 (Vol II) Pocket Sky Atlas: Chart 45 Sky Atlas 2000: Chart 14 Uranometria 2nd Ed.: Chart 91 |