Das Leuchten der Blazare

Manche Schwarze Löcher in den Zentren ferner Galaxien leuchten ungewöhnlich hell. Ein Forscherteam hat nun bei einem dieser Himmelsobjekte den Grund dafür herausgefunden: Eine starke Druckwelle in der Umgebung des Schwarzen Lochs beschleunigt Elektronen auf extrem hohe Energien – die diese Teilchen anschließend wieder abstrahlen. Nun müsse man überprüfen, ob dieser Mechanismus bei allen derartigen Objekten die Ursache sei, so die Wissenschaftler im Fachblatt „Nature“.

Nahezu alle Galaxien enthalten in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch mit der millionen- oder gar milliardenfachen Masse der Sonne. Die meisten dieser massereichen Objekte senden keine Strahlung aus. Doch manche sind aktiv: Gas aus der Umgebung fällt in die Schwarzen Löcher hinein und leuchtet dabei auf. Ein Teil der einfallenden Materie wird außerdem durch Magnetfelder abgelenkt und an den Polen der Schwarzen Löcher als gebündelte Materiestrahlen – Jets genannt – weit ins Weltall herausgestoßen.

Ist ein solcher Jet zufällig auf die Erde gerichtet, leuchtet das aktive Schwarze Loch von der Erde aus gesehen besonders hell auf. Man spricht von einem Blazar. Seit langem wissen Astronomen, dass die Strahlung der Blazare durch hochenergetische elektrisch geladene Teilchen wie etwa Elektronen zustande kommt. Wie diese Teilchen ihre hohe Energie erlangen, war bislang allerdings unklar. Dieser Frage gingen Yannis Liodakis von der Universität Turku in Finnland und seine Kollegen nun nach und untersuchten die Strahlung eines 500 Millionen Lichtjahre entfernten Blazar namens Markarian 501.

Mit dem Weltraumteleskop IXPE – kurz für Imaging X-ray Polarimetry Explorer – der italienischen Weltraumbehörde ASI und der NASA analysierten die Forscher Strahlung von Markarian 501 im Röntgenbereich. Dabei zeigte sich, dass die elektromagnetischen Wellen polarisiert sind, also in eine bevorzugte Richtung schwingen. „Bislang waren solche Messungen nur im Radiobereich und im optischen Bereich möglich“, erläutern Liodakis und seine Kollegen. Doch diese Strahlung stammt von Teilchen, die bereits vor vielen Tagen bis hin zu mehreren Jahren ins Weltall ausgestoßen wurden. „Nur mithilfe von Röntgenmessungen ist der Ursprungsort der Beschleunigung zu beobachten.“

Die gemessene Polarisation „deutet auf eine Stoßwelle als Ursache der Beschleunigung“, so die Wissenschaftler. Als Stoßwelle bezeichnen Forscher eine besonders starke Druckwelle, die sich schneller als der Schall ausbreitet. Diese Stoßwelle entsteht, wenn die im Jet gebündelte Materie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird und dann auf Gas in der Umgebung stößt, das sich deutlich langsamer bewegt.

Zumindest bei dem Blazar Markarian 501 ist damit klar, dass eine Stoßwelle Teilchen in der Umgebung des Schwarzen Lochs beschleunigt. Bleibt die Frage, ob das für alle Blazare der Fall ist – oder ob es vielleicht unterschiedliche Blazare mit unterschiedlichen Mechanismen für die Beschleunigung der Teilchen gibt. Mit dem Weltraumteleskop IXPE wollen Astronomen nun auch die Röntgenstrahlung vieler anderer Blazare untersuchen und so eine Antwort auf diese Frage finden.