Eine NASA-Mission beobachtete ein supermassereiches Schwarzes Loch, das aus 400 Millionen Lichtjahren Entfernung einen energiereichen Strahl auf die Erde richtete.
Simulation von Markarian 421, der einen hochenergetischen Strahl aussendet. Foto: NASA/Pablo Garcia
Aktive supermassereiche Schwarze Löcher sind von einer rotierenden Materiescheibe, der sogenannten Akkretionsscheibe, umgeben, die sie mit der Zeit mit Energie versorgt. Ein Teil des Materials, das sie nicht aufnehmen können, wird dann zu den Polen geleitet und dort mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen. Dieser Prozess erzeugt extrem helle, energiereiche elektromagnetische Strahlung. In einigen Fällen, wie beispielsweise in dem kürzlich von der NASA entdeckten Fall, trifft der Strahl bei einem sogenannten Blazar direkt auf die Erde, berichtete Live Science am 30. Juli.
Der Blazar, Markarian 421 genannt, befindet sich im Sternbild Großer Bär und wurde von der NASA-Mission Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) beobachtet, die im Dezember 2021 startete. IXPE untersucht eine Eigenschaft von Magnetfeldern, die Polarisation genannt wird und die Richtung des Magnetfelds angibt. Die Polarisation des von Markarian 421 ausgestoßenen Jets zeigt, dass der Teil des Jets, in dem die Teilchen beschleunigt werden, ebenfalls ein Magnetfeld mit einer verdrehten Struktur aufweist.
Blazare erstrecken sich über Millionen von Lichtjahren im Weltraum, doch die Mechanismen ihrer Entstehung sind noch immer unzureichend verstanden. Die neuen Erkenntnisse zu Markarian 421 könnten jedoch dazu beitragen, Licht in dieses kosmische Phänomen zu bringen, sagte Laura Di Gesu, Astrophysikerin der italienischen Raumfahrtagentur und Hauptautorin der Studie.
Der Hauptgrund für die Helligkeit der Jets eines aktiven supermassiven Schwarzen Lochs liegt darin, dass die Teilchen nahezu Lichtgeschwindigkeit erreichen, enorme Energiemengen abgeben und gemäß Einsteins spezieller Relativitätstheorie agieren. Die Blazare werden zudem dadurch verstärkt, dass sich die Wellenlänge des Lichts auf die Erde zuspitzt, wodurch sowohl Frequenz als auch Energie zunehmen. Dadurch können Blazare heller sein als das gesamte Licht aller Sterne der Galaxie zusammen. IXPE nutzt dieses Licht nun, um die Physik im Zentrum des Jets von Markarian 421 zu entschlüsseln und die Quelle des leuchtenden Strahls zu identifizieren.
Die Analyse der IXPE-Daten zeigte, dass die Polarisation des Strahls in der ersten und zweiten Beobachtung auf Null sank. Das Team stellte fest, dass das Magnetfeld korkenzieherartig rotierte. Messungen elektromagnetischer Strahlung in Form von optischem, infrarotem und Radiolicht hatten keinen Einfluss auf Stabilität oder Struktur des Strahls. Das bedeutet, dass sich die Stoßwellen entlang der verdrehten Magnetfelder von Markarian 421 ausbreiteten. Die neuen Erkenntnisse liefern den bislang deutlichsten Beweis dafür, dass die verdrehten Magnetfelder zu den Stoßwellen beitragen, die die Teilchen im Strahl beschleunigen.
Das Team plant, Markarian 421 weiter zuerforschen und weitere Blazare mit ähnlichen Eigenschaften zu identifizieren, um den Mechanismus hinter dem Phänomen zu verstehen.
An Khang (laut Live Science )
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