Astronomen haben mit dem Event Horizon Telescope (EHT) die bisher detailliertesten Beobachtungen eines Doppelsystems aus supermassiven Schwarzen Löchern gemacht, das sich 1,6 Milliarden Lichtjahre entfernt im Quasar OJ287 befindet. Die Studie enthüllt ein noch nie dagewesenes Verhalten der von diesen kosmischen Riesen ausgesandten Jets und eröffnet damit einen neuen Einblick in die komplexe Physik, die diese extremen Umgebungen beherrscht.
Twisted Jets und Shockwave Dynamics
Das EHT, berühmt für die Abbildung der ersten Schwarzen Löcher (M87 im Jahr 2019 und Sagittarius A im Jahr 2022), hat sich nun auf das Verständnis der Jets von Schwarzen Löchern konzentriert – leistungsstarke Energieströme und Partikel, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden. Beobachtungen von OJ287 zeigten zwei Stoßwellen, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten den Jet hinunterrasten. Die wichtigste Erkenntnis: Diese Stöße interagieren mit Instabilitäten in den umgebenden Magnetfeldern und erzeugen einen verdrehten, stark strukturierten Jet, wie er noch nie zuvor beobachtet wurde.
Dies ist von Bedeutung, da Jets nicht nur zufällige Ausbrüche sind; Ihre Struktur enthält Hinweise auf das Verhalten des Schwarzen Lochs und die es umgebende Physik. Die beobachtete verdrehte Form, kombiniert mit Variationen in der Polarisation, bestätigt, dass der Jet von einem helikalen Magnetfeld durchdrungen ist – eine grundlegende Eigenschaft, die theoretisiert, aber bisher nie direkt visualisiert wurde.
Schnelle Veränderungen und unerwartete Bewegungen
Das Team machte im April 2017 Schnappschüsse von OJ287 im Abstand von nur fünf Tagen und zeigte erhebliche Veränderungen in der Struktur und Polarisierung des Jets. Dies ist der kürzeste Zeitraum, in dem solche Veränderungen beobachtet wurden, und bietet einen beispiellosen Einblick in die Entwicklung dieser Systeme. Die beobachteten Veränderungen stimmen nicht mit bestehenden Modellen überein, die auf der Jet-Präzession basieren, was darauf hindeutet, dass Erschütterungen und Instabilitäten eine wichtigere Rolle spielen als bisher angenommen.
Die Daten deuten darauf hin, dass in den inneren Regionen des Jets die kinetische Energie gegenüber der magnetischen Energie dominiert und Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten hervorruft – Wirbel, die den Fluss des Jets verdrehen und verzerren. Dies erklärt die beobachtete nichtballistische Bewegung der Partikel innerhalb des Strahls, was bedeutet, dass sie sich nicht in geraden Linien bewegen, wie von einfacheren Modellen erwartet. Stattdessen folgen sie einem chaotischen, aber vorhersehbaren Weg, der von Magnetfeldern und Erschütterungen geprägt ist.
Ein einzigartiges Labor für die Physik Schwarzer Löcher
OJ287 ist ein ideales System für diese Beobachtungen, da seine supermassiven Schwarzen Löcher regelmäßig in heftigen Ausbrüchen ausbrechen. Dies macht es zu einem natürlichen Labor für die Untersuchung der Dynamik Schwarzer Löcher. Die Ergebnisse des EHT bestätigen, dass Stöße mit Instabilitäten interagieren, die helikale Struktur des Magnetfelds beleuchten und die beobachteten Polarisationsschwingungen erzeugen.
„Diese Rotationen in entgegengesetzte Richtungen sind der entscheidende Beweis“, sagte Forschungsteamleiter José L. Gómez. „Wenn die Stoßwellenkomponenten mit der Kelvin-Helmholtz-Instabilität interagieren, beleuchten sie verschiedene Phasen der helikalen Struktur des Magnetfelds und erzeugen die von uns beobachteten Polarisationsoszillationen.“
Die Studie unterstreicht die wachsende Fähigkeit des EHT, über die Bildgebung hinaus in den Bereich der detaillierten physikalischen Analyse vorzudringen. Es bestätigt, dass hochauflösende Daten Jet-Instabilitäten, Stöße und Magnetfelder in Aktion visualisieren können – und festigt so unser Verständnis dieser mächtigen Phänomene.
Diese neuen Beobachtungen werden theoretische Modelle von Jets von Schwarzen Löchern verfeinern und Einblicke in die Art und Weise geben, wie Energie aus diesen kosmischen Motoren freigesetzt wird und wie sich Galaxien entwickeln.
