Astronomen werden Zeuge, wie ein supermassereiches Schwarzes Loch Jets mit 99 % der Lichtgeschwindigkeit abfeuert

Die Berühmten schwarzes Loch Im Herzen der M87-Galaxie werden Materiestrahlen ausgestoßen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.

Das Schwarze Loch im Herzen der Galaxie Messier 87 trägt den Namen M87* und wird von Astronomen schon seit langem beobachtet. Letztes Jahr hat das Event Horizon Telescope ein Bild von M87* aufgenommen, das erste Bild eines Schwarzen Lochs überhaupt. Dieses Bild trug nur zum Ruhm von M87* bei.

(Zusammenarbeit mit dem Event Horizon Telescope)

M87 ist auch als Virgo A oder NGC 4486 bekannt. Es ist ein übergroße elliptische Galaxie im Sternbild Jungfrau, etwa 53 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. M87 erstreckt sich über etwa 240.000 Lichtjahre, etwas mehr als die Milchstraße.

Er ist von unglaublichen 12.000 Kugelsternhaufen umgeben, im Vergleich zu den dürftigen 200 in der Milchstraße. Wissenschaftler gehen davon aus, dass M87 wie andere Ellipsensternhaufen durch Verschmelzungen so massiv geworden ist.

M87* (M87-Stern) ist ein supermassereiches Schwarzes Loch (SMBH) im Zentrum von M87 mit einer der höchsten Massen aller SMBHs. Es ist etwa 6,5 ​​Milliarden Mal massereicher als die Sonne. M87* ist 55 Millionen Lichtjahre entfernt und stößt einen relativistischen Materiestrahl aus, der sich etwa 5.000 Lichtjahre in den Weltraum erstreckt.

Vor Jahren hat Hubble ein bekanntes zusammengesetztes Bild des Jets sowohl im sichtbaren als auch im Infrarotlicht aufgenommen.

Ein 5000 Lichtjahre langer Jet, der von M87 ausgestoßen wurde. (NASA/The Hubble Heritage Team/STScI/AURA)

Astronomen beobachten den Materialstrahl von M87* seit Jahren in verschiedenen Wellenlängen: Radio, optisch und Röntgen. Nun zeigen Chandra-Röntgenbeobachtungen zum ersten Mal, dass sich Teile dieses Jets mit mehr als 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegen.

„Dies ist das erste Mal, dass solch extreme Geschwindigkeiten des Jets eines Schwarzen Lochs mithilfe von Röntgendaten aufgezeichnet wurden“, sagte Ralph Kraft vom Center of Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) in Cambridge, in a Pressemitteilung . „Für diese Messungen brauchten wir Chandras scharfen Röntgenblick.“

Kraft präsentierte diese neuen Ergebnisse kürzlich auf dem Treffen der American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii. Die Ergebnisse werden auch in einem Artikel mit dem Titel „ Nachweis überluminaler Bewegung im Röntgenstrahl von M87 ' im Astrophysikalisches Journal .

Was verursacht die Jets?

Ein Schwarzes Loch wie M87* zieht Materie im Zentrum der Galaxie an. Wenn sich das Material nähert, beginnt es in einer Struktur namens An um das Schwarze Loch zu rotieren Akkretionsscheibe . Aber dieses Material ist nicht dazu verdammt, in das Loch gesaugt zu werden.

Nur ein kleiner Teil davon fällt hinein, während ein Teil davon wieder in den Weltraum geschleudert wird. Das ausgestoßene Material hat die Form eines Strahls, der den magnetischen Feldlinien folgt. Diese Jets sind nicht glatt und strukturlos: Sie weisen Klumpen oder Knoten auf, die Observatorien wie das Chandra erkennen können.

Zwei dieser Knoten sind für Astronomen von besonderem Interesse. Im Laufe der Jahre haben sie Bilder verwendet, um die Bewegung dieser Knoten zu verfolgen. Sie sind etwa 900 bzw. 2.500 Lichtjahre vom SMBH entfernt.

Röntgendaten des Chandra-Observatoriums zeigen, dass sich die Knoten mit unglaublicher Geschwindigkeit fortbewegen: 6,3-fache Lichtgeschwindigkeit für den Knoten, der dem Zentrum am nächsten liegt, und 2,4-fache Lichtgeschwindigkeit für den anderen.

Warten. Nichts bewegt sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit

Aber das ist unmöglich. Nichts bewegt sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit. Das stimmt natürlich, also muss hier noch etwas anderes im Gange sein.

Dass etwas anderes heißt ' superluminale Bewegung '.

„Eines der unumstößlichen Gesetze der Physik ist, dass sich nichts schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann“, sagte der Co-Autor der Studie, Brad Snios, ebenfalls vom CfA. „Wir haben die Physik nicht gebrochen, aber wir haben ein Beispiel für ein erstaunliches Phänomen namens Superluminalbewegung gefunden.“

Bei der superluminalen Bewegung geht es um die Geschwindigkeit des Objekts und seinen Weg relativ zu unserer Sichtlinie. Wenn sich ein Objekt, in diesem Fall der Materialstrahl, mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und in der Nähe unserer Sichtlinie bewegt, erzeugt es eine Illusion, die als überluminale Bewegung bezeichnet wird.

Denn der Materialstrahl selbst bewegt sich fast so schnell wie das Licht, das er erzeugt. Da der Jet von M87* fast genau auf uns gerichtet ist, erzeugt er diese scheinbar unmöglichen Geschwindigkeiten.

(NASA/Wikimedia)

Astronomen haben diese Jets schon früher mit dieser Geschwindigkeit gesehen, allerdings noch nie im Röntgenlicht. Das bedeutet, dass sie nie sicher waren, ob es die Materialklumpen selbst waren, die sich mit 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit bewegten. Es könnten eher Schockwellen als die Klumpen gewesen sein.

Der Jet von M87* bewegt sich spiralförmig um ein Magnetfeld, und das half dabei, die Geschwindigkeit der Jets zu klären. Bei den Röntgenbeobachtungen stellte das Team hinter der Studie fest, dass das Merkmal mit der höchsten beobachteten Geschwindigkeit – 6,3-fache Lichtgeschwindigkeit – zwischen 2012 und 2017 um mehr als 70 Prozent verblasste.

Das Ausbleichen erfolgte nur im Röntgenbereich, nicht im optischen und UV-Bereich und wird wahrscheinlich dadurch verursacht, dass die Teilchen mit der Zeit Energie verlieren, während sie sich um das Magnetfeld drehen.

Dieses Phänomen wird als Synchrotronkühlung bezeichnet. Das bedeutet, dass die Astronomen zu unterschiedlichen Zeiten Röntgenstrahlen von denselben Teilchen sahen, was bedeutet, dass es sich bei dem, was sie beobachten, nicht um eine Welle handeln kann, sondern um die Teilchen im Strahl selbst.

„Unsere Arbeit liefert den bisher stärksten Beweis dafür, dass sich die Partikel im Jet von M87* tatsächlich nahe der kosmischen Geschwindigkeitsbegrenzung bewegen“, sagte Snios.

Die Chandra, die EHT und M87*

Die Chandra-Daten und das Event Horizon Telescope ergänzen sich gut, wenn es um die Untersuchung von M87* geht. Als das EHT den Ereignishorizontring um das Schwarze Loch abbildete, handelte es sich um eine sechstägige Momentaufnahme.

Aber die Chandra-Studie des Jets untersucht Material, das Hunderte oder sogar Tausende von Jahren zuvor aus M87* ausgestoßen wurde.

Das EHT-Bild ist außerdem etwa 100 Millionen Mal kleiner als der Jet, den Chandra abgebildet hat.

„Es ist, als ob das Event Horizon Telescope eine Nahaufnahme eines Raketenwerfers liefert“, sagte Paul Nulsen vom CfA, ein weiterer Co-Autor der Studie, „und Chandra zeigt uns die Raketen im Flug.“

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht von Universum heute . Lies das originaler Artikel .