Rotierendes schwarzes Loch erzeugt Plasmastrahl

Supermassereiche schwarze Löcher ziehen nicht nur Materie aus ihrer Umgebung an: Sie können auch Materie in Form von Jets abgeben – Plasma­strahlen, die mit hoher Energie mehrere hundert­tausend Lichtjahre weit ins Weltall schießen können. So auch der Quasar 3C279. Hier entdeckte das Forschungs­team des Event Horizon Telescope kürzlich weit entfernt von dem zentralen schwarzen Loch den Kern eines solchen Plasmajets. Wie die Energie für diesen Jet vom schwarzen Loch bis zu diesem Kern gelangt, war bislang unklar.

Amit Shukla, bis 2018 an der Uni Würzburg und inzwischen am Indian Institute of Technology in Indore tätig, hat diesen Quasar daher mit dem Weltraum­teleskop Fermi-LAT der NASA beobachtet. Er fand heraus, dass der im Millimeter-Wellen­längen­bereich gefundene Kern des Jets auch energie­reiche Gamma­strahlung aussendet, allerdings mit extrem schwankender Intensität. Diese kann sich innerhalb von wenigen Minuten verdoppeln, wie die Beobachtungen zeigen.

Das spezielle Muster der Abfolge von Helligkeits­änderungen ist für einen univer­sellen Prozess charak­te­ristisch, der magnetische Rekonnexion genannt wird und bei vielen astro­physi­ka­lischen Objekten mit starken Magnet­feldern auftritt. „Ich sah, wie sich bei der Analyse der Daten das spezielle Muster der magnetischen Rekonnexion in der Lichtkurve abzeichnete. Es kam mir vor, als hätte ich plötzlich eine Hieroglyphe im Alphabet der schwarzen Löcher entziffert“, erinnert sich Shukla.

Bei der Rekonnexion wird Energie, die im Magnetfeld gespeichert ist, plötzlich in zahl­reichen Mini-Jets freigesetzt. In diesen werden Teilchen beschleunigt, die dann die beobachtete Gamma­strahlung erzeugen. Die magnetische Rekonnexion würde erklären, wie die Energie vom schwarzen Loch zum Kern des Jets gelangt und woher sie letztlich stammt.

„Die Raumzeit in der Nähe des schwarzen Lochs im Quasar 3C279 wird durch dessen Rotation gezwungen, mit zu rotieren“, erläutert Karl Mannheim von der Uni Würzburg. „Die dort verankerten rotierenden Magnet­felder treiben den Plasmajet an, der das schwarze Loch abbremst und einen Teil der Rotations­energie in Strahlung verwandelt.“

JMU / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  A. Shukla & K. Mannheim: Gamma-ray flares from relativistic magnetic reconnection in the jet of the quasar 3C 279, Nat. Commun. 11, 4176 (2020); DOI: 10.1038/s41467-020-17912-z
• Lehrstuhl für Astronomie (K. Mannheim), Julius-Maximilians-Universität Würzburg
• Indian Institute of Technology Indore, Indien