Neues Weltraumobservatorium hilft bei der Lösung des Rätsels um massive Schwarze Löcher

WASHINGTON, 23. November (Reuters) – Die meisten Galaxien sind um riesige Schwarze Löcher herum gebaut. Während viele von ihnen relativ fügsam sind, wie die im Zentrum unserer Milchstraße, sind einige hell – sie schlucken umgebendes Material und entfesseln riesige und gleißend helle Strahlen hochenergetischer Teilchen weit in den Weltraum.

Unter Verwendung von Daten des kürzlich in Betrieb genommenen Observatoriums Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) im Orbit boten Forscher am Mittwoch eine Erklärung dafür, wie diese Jets so hell werden: Subatomare Teilchen, die Elektronen genannt werden, werden durch Stoßwellen aktiviert, die sich mit Überschall vom Schwarzen Loch entfernen Geschwindigkeit. .

Die Forscher untersuchten ein exotisches Objekt namens Blazar im Zentrum einer großen elliptischen Galaxie namens Markarian 501, etwa 460 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung des Sternbilds Herkules. Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, 5,9 Billionen Meilen (9,5 Billionen km).

Blazare sind eine Untergruppe von Objekten, sogenannte Quasare, die von supermassiven Schwarzen Löchern angetrieben werden, die sich im Zentrum von Galaxien von Gas und anderem Material ernähren und zwei Jets von Partikeln in entgegengesetzte Richtungen in den Weltraum schicken. Blazare sind so ausgerichtet, dass einer ihrer beiden Jets von unserem Aussichtspunkt auf der Erde direkt auf uns zusteuert.

„Blazare sind die am beständigsten hellen Objekte im beobachtbaren Universum. Sie sind die energiereichsten. Sie haben die größten und unheimlichsten Schwarzen Löcher. Alles, was um sie herum vor sich geht, ist so faszinierend“, sagt Astronom Yannis Liodakis vom finnischen Zentrum für Astronomie ES. , Hauptautor der in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Natur.

Wissenschaftler haben lange versucht zu verstehen, wie die von Blazaren abgefeuerten Jets so hell werden und wie sich die Partikel darin verhalten. Die Jets dieses Blazars erstrecken sich über eine Million Lichtjahre entfernt.

IXPE wurde letzten Dezember als Zusammenarbeit zwischen der US-Raumfahrtbehörde NASA und der italienischen Raumfahrtbehörde gestartet und misst die Helligkeit und Polarisation – eine Lichteigenschaft, die die Ausrichtung der elektromagnetischen Wellen beinhaltet – von Röntgenlicht aus kosmischen Quellen. Verschiedene Phänomene wie Schockwellen oder Turbulenzen zeigen Polarisations-„Eigenschaften“.

Die Forscher fanden Beweise dafür, dass Partikel im Strahl Energie gewinnen, wenn sie von einer Schockwelle getroffen werden, die sich im Strom nach außen ausbreitet und bei ihrer Beschleunigung Röntgenstrahlen aussendet. Eine Stoßwelle wird erzeugt, wenn sich etwas schneller als Schallgeschwindigkeit durch ein Medium wie Luft bewegt – wie es ein Überschallstrahl tut, wenn er durch die Erdatmosphäre fliegt – oder eine Region aus Partikeln und Magnetfeldern, die als Plasma bezeichnet wird, wie in diesem Fall .

„Das Licht, das wir von den Jets sehen, kommt von Elektronen“, sagte Alan Marscher, Astrophysiker und Co-Autor der Boston University. „Röntgenstrahlen, wie wir sie in Markarian 501 beobachten, können nur von extrem energiereichen Elektronen stammen.“

Die treibende Kraft hinter diesem Drama ist ein Schwarzes Loch, ein außergewöhnlich dichtes Objekt mit einer so starken Schwerkraft, dass ihm nicht einmal Licht entkommen kann. Das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum von Markarian 501 hat eine Masse von etwa einer Milliarde Sonnenmassen. Das ist etwa 200-mal größer als die Masse von Sagittarius A*, dem supermassiven Schwarzen Loch der Milchstraße.

„Schwarze Löcher sind einzigartige Laboratorien, um grundlegende Physik unter extremen Bedingungen zu untersuchen, die wir auf der Erde nicht replizieren können“, sagte Liodakis.

„Aber bevor wir sie als solche nutzen können, müssen wir alle physikalischen Prozesse verstehen, die stattfinden. Wir haben jahrelang hochenergetisches Licht aus diesen Quellen beobachtet und hatten einige Theorien darüber, wie die Teilchen sein würden, die dieses Licht aussenden. “ Die Röntgenpolarisationsfähigkeiten des IXPE ermöglichten es uns, unsere Theorien zum ersten Mal direkt zu testen“, sagte Liodakis.

Berichterstattung von Will Dunham; Herausgegeben von Rosalba O’Brien

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