Entstehungsgebiet eines Quasar-Jets aufgelöst
Very-Long-Baseline-Interferometrie ermöglicht auch Bestimmung des Drehsinns der Akkretionsscheibe.
Rund zehn Prozent der zentralen Schwarzen Löcher in aktiven galaktischen Kernen besitzen einen relativistischen Jet, der über Hunderte bis hin zu Millionen von Lichtjahren weit ins All reichen kann. Angetrieben werden diese Jets durch die gigantische Gravitation der supermassereichen Schwarzen Löcher in Galaxienzentren, die weit über eine Millionen Sonnenmassen erreichen können. Die einfallende Materie sammelt sich zunächst in einer Akkretionsscheibe, um dann in das Schwarze Loch gesogen zu werden. Ein Teil der Materie kann dabei durch magnetische Prozesse zu einem ultrarelativistischen Jet gebündelt werden.
Abb.: Simulierte Darstellung eines Jets, der aus der Akkretionsscheibe eines Schwarzen Loches emittiert wird. Das Schwarze Loch rotiert hier mit der Hälfte der maximal zulässigen Geschwindigkeit. (Bild: A. E. Broderick / U Waterloo / Perimeter Institute)
Mit Hilfe der Very-Long-Baseline-Interferometrie (VLBI) konnten Forscher einer internationalen Kollaboration nun erstmals die räumliche Struktur der Ursprungsregion eines solchen Jets in der elliptischen Galaxie M87 auflösen. Das supermassereiche Schwarze Loch in dieser Galaxie ist über sechs Milliarden Sonnenmassen schwer. Es ist nahe genug, um über die VLBI Aufschluss über seine Struktur zu erhalten. Bei der VLBI werden mehrere Teleskope so zusammengeschaltet, dass ihre Auflösung durch den maximalen Abstand der Teleskope bestimmt ist.
Die benutzten Teleskopsysteme waren das James Clerk Maxwell Telescope auf dem Mauna Kea in Hawaii, das Submillimeter Teleskop auf Mount Graham in Arizona, sowie zwei Teleskope des CARMA-Arrays in Kalifornien. Bei einer Wellenlänge von 1,3 Millimetern, die aktive galaktische Kerne optisch gut durchdringt, betrug die Messzeit für kohärente Messungen aufgrund von atmosphärischen Turbulenzen jeweils zwischen einer und 30 Sekunden. Aus den Messungen konnten die Forscher ableiten, dass, dass die Ursprungsregion des Jets nur dem rund fünfeinhalbfachen Schwarzschildradius entspricht, also in unmittelbarer Umgebung des supermassereichen Schwarzen Loches dieser Galaxie liegen muss.
Aus dieser Bestimmung der Größe der Ursprungsregion konnten die Forscher auch den Drehsinn der Akkretionsscheibe ermitteln. Der innerste stabile Radius einer Akkretionsscheibe hängt von der Drehrichtung und Rotationsgeschwindigkeit des Schwarzen Loches ab. Bei nichtrotierenden Schwarzen Löchern liegt sie beim sechsfachen Schwarzschildradius und vergrößert oder verringert sich, wenn das Schwarze Loch gegen oder mit der Drehrichtung der Akkretionsscheibe rotiert.
Die Daten sprechen somit dagegen, dass das Schwarze Loch keinen Drehimpuls besitzt, und sie sind unverträglich mit der Annahme, dass die Akkretionsscheibe gegenläufig zum Schwarzen Loch rotiert. Am wahrscheinlichsten ist es nach Angaben der Wissenschaftler, dass sich das Schwarze Loch mit einem Fünftel seiner maximal zulässigen Rotationsgeschwindigkeit dreht.
Dirk Eidemüller
