Sondierung des Ursprungs und der Position von Gammastrahlung in relativistischen Jets
 Probing the origin and the localisation of gamma-ray emission in relativistic jets

Schon als Kind habe ich Dinge geliebt, die draußen im All passierten und beobachtet werden konnten, und 2006 bekam ich während meiner Master-Phase die Gelegenheit, mich mit Astrophysik zu beschäftigen. Es hat mich fasziniert, wie viel Aufwand Astronomen betreiben, um zu verstehen, wie das Universum funktioniert, um herauszufinden, wie es entstanden ist und sich seither entwickelt, und um nach Anzeichen für Leben auf Planeten in anderen Sonnensystemen zu suchen. Ich war begeistert zu lernen, welchen Einfluss die extremen Anziehungskräfte eines Schwarzen Lochs oder eines Neutronensterns auf physikalische Gesetzmäßigkeiten haben – was ein wichtiges Puzzleteilchen für die Beantwortung der Frage ist, wie das Universum funktioniert.

Ein faszinierender Aspekt meiner eigenen Forschung ist die Suche nach der Antwort auf die Frage, wie die hochenergetischen Emissionen in Blazaren entstehen und wo sie lokalisiert sind: AGN (active galactic nuclei), in denen einer der relativistischen Jets in Richtung der Beobachter zeigt. Angetrieben durch Akkretion aus supermassereichen Schwarzen Löchern (mit Massen von bis zu 1010-facher Sonnenmasse) emittieren AGN elektromagnetische Strahlung über eine Spanne von mehr als 20 Energie-Dekaden. Es ist großartig, was wir in diesem Zusammenhang mit dem Fermi-Gammastrahlen-Weltraumteleskop erreicht haben: Im normalen Beobachtungsmodus scannt das Fermi-LAT (Large Area Telescope) den Himmel alle drei Stunden und entdeckt dabei neue AGN, transiente Objekte und aufflackernde Quellen in einem Energiebereich zwischen 0,1 und 300 GeV (Gigaelektronenvolt). Dies war vorher nicht möglich und eröffnet eine neue Ära der Hochenergie-Astrophysik.

Eine der gegenwärtig interessantesten und anspruchsvollsten Herausforderungen der Astrophysik ist die Suche nach der Antwort auf die Frage, welche physikalischen Bedingungen und Prozesse an der Entstehung von relativistischen Jets in AGN, der Produktion von hochenergetischen Partikeln und der Emission von Gammastrahlen beteiligt sind. Besonders spannend ist die Frage, wie die Akkretion aus supermassereichen Schwarzen Löchern zu solch hochenergetischen, gerichteten Strömungen führt.

Während meiner Promotion in der VLBI-Gruppe (Very Long Baseline Interferometry) am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn – im Rahmen der International Max Planck Research School (IMPRS) für Astronomie und Astrophysik – konnte ich verschiedenste Messstationen im All und auf der Erde nutzen, um Breitband-Emissionen (im Radio- bis Tera-Elektronenvolt-Bereich) von Blazaren zu messen. Mit einer Kombination aus hochaufgelösten Bildern aus der VLB-Interferometrie und in kurzen Zeitintervallen getakteten Flussmessungen lassen sich Breitbandschwankungen untersuchen und die Beschleunigungszone der Jets erforschen, wobei der Fokus auf der Lokalisierung und Größe der emittierenden Regionen und den Veränderungen über die Messdauer liegt. Zum allerersten Mal konnten wir eine signifikante Korrelation zwischen der Richtung der innersten Jet-Strömung und den Schwankungen von Gammastrahlenflüssen beschreiben.


Since my childhood, I was in love with things that were happening out in the cosmos that we could actually observe, and it was during my masters in 2006 when I got a chance to learn more about Astrophysics. I was always fascinated by the way how hard astronomers are trying to understand how the universe works, to explore how it began and evolved, and to search for life on planets around other stars. It was miraculous to know how the laws of physics behave at the extreme gravitational potential near a black hole or a neutron star, which is also an important piece of the puzzle we must obtain if we are able to understand how the universe works.

For me, a fascinating aspect of my research is to understand the origin and location of high-energy emission in blazars – AGN (active galactic nuclei) in which one of the relativistic jets points in the observer's line-of-sight. Powered by accretion onto super-massive black holes (masses up to 1010 solar mass), AGN are strong emitters of electromagnetic radiation over a range of more than 20 decades in energy. What we have achieved with the Fermi Gamma-ray Space Telescope is miraculous. Fermi-LAT provides a breakthrough by scanning the sky every three hours in its normal survey mode, discovering new AGN, transient objects and flaring sources in an energy range 0.1-300 GeV which was not possible earlier, and opening a new era in high-energy astrophysics.

One of the most intriguing and challenging quests of current astrophysics is to understand the physical conditions and processes that give rise to the formation of relativistic jets in AGN, production of high-energy particles, and emission of gamma-rays. Of particular interest is the question of how accretion onto super-massive black holes (SMBHs) generates such high-powered directed outflows.

During my PhD at the VLBI group at the Max Planck Institute for Radioastronomy, Bonn (selected for the International Max Plank Research School (IMPRS) for Astronomy & Astrophysics), I took the advantage of every possible space and ground based facility to observe the broadband (radio to TeV energies) emission from blazars. A combination of high-resolution Very Long Baseline Interferometry (VLBI) images associated with densely time sampled multi-frequency flux measurements of the source allows to study its broad-band variability and to probe the jet acceleration zone, with emphasis on the location and size of the emitting regions and the evolution with time. For the very first time, we reported a significant correlation between the direction of the innermost jet outflow and gamma-ray flux variations.