Supermassereiche schwarze Löcher: wie Jets entstehen
Stärke der Materiestrahlen nachweislich über das Magnetfeld an die Akkretion von Materie gekoppelt.
Was treibt die Jets supermassereicher Schwarzer Löcher in den Kernen aktiver Galaxien an? Diese Frage ist bislang nicht vollständig beantwortet. Theoretische Modelle deuten darauf hin, dass die Leistung der Jets vom Drehimpuls und von der Masse ihres Schwarzen Lochs, sowie von der Stärke des Magnetfelds am Ereignishorizont abhängt. Das durch die Materieakkretion verstärkte Magnetfeld extrahiert danach Rotationsenergie aus dem Schwarzen Loch und treibt damit die Materiestrahlen an. Wenn diese Vorstellung korrekt ist, sollte es eine Korrelation zwischen der Leistung der Jets und der Leuchtkraft der Akkretionsscheibe geben.
Abb.: Bei einem Blazar zeigt einer der Materiestrahlen innerhalb weniger Grad Richtung Erde (künstl. Darst.; Bild: NASA, JPL)
Zwar gibt es Hinweise auf eine solche Korrelation, aber die untersuchten Stichproben aktiver Galaxien sind bislang klein und inhomogen. Das hat sich nun geändert: Gabriele Ghisellini vom Osservatorio Astronomico di Brera im italienischen Merate und seine Kollegen haben ausgehend von Archivdaten des Fermi Gamma-ray Space Telescopes ein homogenes Sample aus 217 Blazaren konstruiert und untersucht. Blazare sind aktive Galaxienkerne, bei denen einer der Jets nahezu genau auf die Erde zeigt. Diese spezielle Orientierung erlaubt eine zuverlässigere Bestimmung der Leuchtkräfte sowohl des Jets als auch der Akkretionsscheibe.
Um genaue Werte für die Strahlungsleistung zu erhalten, beschränken Ghisellini und sein Team ihre Stichprobe auf Radioquasare mit flachem Spektrum, für die bei ausreichend vielen Wellenlängen Daten vorliegen, um die bolometrische Leuchtkraft zu bestimmen, sowie auf BL Lac-Objekte, bei denen breite Emissionslinien aufgespürt werden konnten. Von ursprünglich 704 Blazaren verbleiben nach diesen Kriterien noch 217 in dem Sample.
Das Team findet darin eine eindeutige Korrelation zwischen der Leuchtkraft im Gammastrahlungsbereich, die als Maß für die Leistung des Jets dient, und der aus den breiten Emissionslinien ermittelten Leuchtkraft der Akkretionsscheibe. Ghisellini und seine Kollegen ziehen daraus den Schluss, dass tatsächlich das Magnetfeld die nötige Energie für die Materiestrahlen liefert. Mehr noch: Das Magnetfeld erreicht den maximalen Wert, der durch Akkretion möglich ist. Das sei kein Zufall, so die Forscher, sondern die Folge eines Rückkopplungseffekts: Ein noch stärkeres Magnetfeld nämlich würde die Akkretion verringern – und damit zu einer Abschwächung des Magnetfelds führen.
Ghisellini und seine Kollegen weisen darauf hin, dass sie mit ihrer Stichprobe nicht die Abhängigkeit der Jets vom Drehmoment des Schwarzen Lochs untersuchen konnten: Das Sample enthält Objekte mit besonders leuchtkräftigen Jets und damit vermutlich die Schwarzen Löcher, die sich am schnellsten drehen. Sie schlagen deshalb vor, als nächstes Objekte mit schwachen Jets zu untersuchen, um daraus Aufschluss über die Abhängigkeit vom Drehmoment zu erhalten – und vielleicht einen Mindestwert dafür zu finden, unterhalb dessen keine Materiestrahlen entstehen können.
Rainer Kayser
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