Gigantische Plasmastrahlen eines schwarzen Lochs

Astrophysiker haben die größten Plasmastrahlen eines schwarzen Lochs entdeckt, die jemals im Weltraum gesehen wurden. Schwarze Löcher sind dafür bekannt, dass sie Materie in ihrer unmittelbaren Umgebung verschlucken. Sie können aber auch große Mengen an Energie ausspucken, in Form von Strahlung oder „Jets“ genannten Plasmastrahlen. Ein internationales Forschungsteam hat jetzt ein Jet-Paar mit einer Gesamtlänge von 23 Millionen Lichtjahren entdeckt. Das entspricht der Größe von 140 Milchstraßen-Galaxien in einer Reihe. Die Plasmastrahlen schießen oberhalb und unterhalb eines supermassereichen schwarzen Lochs heraus.

Die Jets mit dem Spitznamen „Porphyrion“ – benannt nach einem Riesen aus der griechischen Mythologie – entspringen einem schwarzen Loch, das sich im Herzen einer weit entfernten Galaxie befindet. Zwar war es bekannt, dass Jets über die Grenzen ihrer Galaxie herausragen können. Überraschend war für die Fachwelt jedoch, dass Porphyrion bis in die Leerräume des Universums reicht.

„Energiereiche Strahlung und Jets von schwarzen Löchern können das Wachstum und die Entwicklung ihrer Galaxien drastisch beeinflussen. Porphyrion zeigt, dass diese Auswirkungen ungeahnte Ausmaße annehmen und die Struktur unseres Universums beeinflussen können“, sagt Calistro Rivera von der ESO und dem DLR.

Die neueste Entdeckung deutet darauf hin, dass die riesigen Jets im jungen Universum einen größeren Einfluss auf die Entstehung von Galaxien gehabt haben könnten als bisher angenommen. Die beiden Jets sind 7,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und stammen damit aus einer Zeit als das Universum halb so alt war wie heute. Porphyrion existierte damit bereits in einer frühen Epoche, als das Universum noch weniger ausgedehnt war und die dünnen Fäden des kosmischen Netzes enger zusammen lagen. Die Megaströme erstreckten sich damit über entsprechend größere Teile des Universums mit ihrem Einfluss.

Entdeckt wurde das Jet-Paar mit Hilfe des LOFAR-Radioteleskops in Europa. Das Team nutzte auch das Giant Metrewave Radio Telescope in Indien, zusammen mit zusätzlichen Daten des Dark Energy Spectroscopic Instrument und der Keck-Teleskope auf Hawaii. Das half den Forschern, die richtige Wirtsgalaxie des schwarzen Lochs zu bestimmen, das die Jets erzeugte. Calistro Rivera kombinierte diese Beobachtungsdaten und erstellte ein Modell, das die physikalischen Eigenschaften von Galaxien und schwarzen Löchern bestimmen kann. Dank des physikalischen Modells erfuhren die Forscher auch wie alt, wie hell und wie massiv die Galaxie ist, also wie viele Sterne sie vereint. Für das schwarze Loch zeigte sich, dass es supermassiv und sehr aktiv ist.

„Indem wir die Beobachtungsdaten aus den verschiedenen Bereichen des elektromagnetischen Spektrum mit theoretischen Modellen verglichen haben, konnten wir mehr über die Physik in dem schwarzen Loch und seiner Galaxie erfahren. Hier konnten wir lernen, dass die riesigen Jets in Porphyrion aus einem aktiven schwarzen Loch im Strahlungsmodus stammen“, erklärt Rivera. Die Tatsache, dass Porphyrion von einem schwarzen Loch im Strahlungsmodus stammt, ist eine Überraschung. Denn bisher war nicht bekannt, dass dieser Modus so große und starke Jets erzeugen kann.

Da Porphyrion im jungen Universum liegt, in dem schwarze Löcher im Strahlungsmodus zahlreich vorhanden sind, deutet die Entdeckung außerdem darauf hin, dass es noch viele weitere gigantische Jets geben könnte. „Wir sehen vielleicht nur die Spitze des Eisbergs“, sagt Martijn Oei vom Caltech. „Unsere LOFAR-Untersuchung deckte nur 15 Prozent des Himmels ab. Und die meisten dieser gigantischen Jets sind wahrscheinlich schwer zu entdecken, daher glauben wir, dass es noch viel mehr dieser Giganten da draußen gibt.“

In einem nächsten Schritt möchte das Team besser verstehen, wie diese Megastrukturen ihre Umgebung beeinflussen, wenn sie kosmische Strahlung, Hitze, schwere Atome und Magnetfelder im Raum zwischen den Galaxien verbreiten.

DLR /RK