Supermassereiche Schwarze Löcher: Wie Jets entstehen

Von supermassereichen Schwarzen Löchern gehen eng gebündelte Materiestrahlen aus, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit einige Tausend Lichtjahre weit ins All fliegen. Wie diese „Jets“ genau entstehen, ist für Astronomen immer noch ein Rätsel. Ein Team italienischer Forscher ist der Lösung dieses Rätsels nun einen Schritt näher gekommen: Bei der Auswertung von Archivdaten stießen die Wissenschaftler auf eine Korrelation der Stärke der Jets mit dem Zufluss von Materie auf die Schwarzen Löcher. Das deute auf eine entscheidende Rolle des Magnetfelds bei der Entstehung der Jets, so das Team im Fachblatt „Nature“.

„Theoretische Modelle sagen voraus, dass die Energie der Jets von der Masse und dem Drehmoment des Schwarzen Lochs, sowie von dem magnetischen Feld am Ereignishorizont abhängt“, erläutern Gabriele Ghisellini vom Osservatorio Astronomico di Brera im italienischen Merate und seine Kollegen. Demnach extrahiert das durch den Zustrom von Materie – der so genannten Akkretion – verstärkte Magnetfeld Rotationsenergie von dem Schwarzen Loch und treibt damit die Materiestrahlen an. Wenn diese Vorstellung korrekt ist, müsste es eine Korrelation zwischen der Akkretion und der Energie der Jets geben. Bislang jedoch hätten begrenzte und inhomogene Stichproben fundierte Schlüsse hierzu verhindert, so die Forscher.

Um das zu ändern haben Ghisellini und seine Kollegen anhand von Archivdaten des Gammastrahlungssatelliten Fermi sorgfältig eine einheitliche Stichprobe aus insgesamt 217 Blazaren konstruiert. Blazare sind aktive Galaxienkerne – also supermassereiche Schwarze Löcher im Zentrum von Galaxien –, bei denen einer der Jets nahezu exakt auf die Erde zeigt. Durch diese Ausrichtung lässt sich sowohl die Energie der Materiestrahlen als auch die Akkretion zuverlässiger als bei einer beliebigen Orientierung bestimmen.

Das Team findet eine eindeutige Korrelation zwischen der Leuchtkraft im Gammastrahlungsbereich, die als Maß für die Energie des Jets dient, und der Leuchtkraft der auf das Schwarze Loch zuströmenden Materie. Ghisellini und seine Kollegen ziehen daraus den Schluss, dass tatsächlich das Magnetfeld die nötige Energie für die Materiestrahlen liefert. Mehr noch: Das Magnetfeld erreiche den maximalen Wert, der durch den Zustrom von Materie möglich sei. „Das ist kein Zufall, sondern die Folge eines Rückkopplungseffekts“, so die Forscher. Ein noch stärkeres Magnetfeld nämlich würde die Akkretion verringern – und damit zu einer Abschwächung des Magnetfelds führen.