Eine NASA-Mission beobachtete ein supermassives Schwarzes Loch, das aus einer Entfernung von 400 Millionen Lichtjahren einen hochenergetischen Strahl auf die Erde richtete.
Simulation von Markarian 421, der einen hochenergetischen Strahl aussendet. Bild: NASA/Pablo Garcia
Aktive supermassereiche Schwarze Löcher sind von rotierenden Materiescheiben, sogenannten Akkretionsscheiben, umgeben, die sie mit der Zeit mit Energie versorgen. Ein Teil des Materials, das sie nicht aufnehmen können, wird dann zu den Polen transportiert und dort mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen. Dieser Prozess erzeugt extrem helle, energiereiche elektromagnetische Strahlung. In einigen Fällen, wie beispielsweise bei dem kürzlich von der NASA entdeckten Ereignis, trifft der Strahl direkt auf die Erde – ein sogenannter Blazar, berichtete Live Science am 30. Juli.
Der Blazar mit dem Namen Markarian 421 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 beobachtet 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 durch den Weltraum, doch die Mechanismen, die sie erzeugen, sind noch nicht vollständig verstanden. Die neuen Erkenntnisse zu Markarian 421 könnten jedoch dazu beitragen, Licht auf dieses kosmische Phänomen zu werfen, sagte Laura Di Gesu, Astrophysikerin bei 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 Energien abgeben und gemäß Einsteins spezieller Relativitätstheorie agieren. Die Blazer-Jets werden zudem dadurch verstärkt, dass ihre Flugbahn zur Erde die Wellenlänge des Lichts verstärkt, 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 0 % sank. Das Team stellte fest, dass das rotierende Magnetfeld einem Korkenzieher ähnelte. Messungen der elektromagnetischen Strahlung im optischen, infraroten und Radiobereich hatten keinen Einfluss auf die 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 zu erforschen und andere Blazare mit ähnlichen Eigenschaften zu identifizieren, um den Mechanismus hinter dem Phänomen zu verstehen.
An Khang (laut Live Science )
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