Wissenschaftler stellen zum ersten Mal die Basis eines massiven Elektronenstrahls und subatomarer Teilchen dar, die sich vom Schwarzen Loch in einem Galaxienzentrum aus erstrecken.
Die aktuelle Ausgabe von Science Express, der Online-Vorabveröffentlichung des Journals, enthält einen Artikel des Event Horizon-Teleskopteams - eine Zusammenarbeit, an der Perimeter Associate Faculty-Mitglied Avery Broderick beteiligt ist -, der möglicherweise Aufschluss über die Herkunft der hellen Jets gibt, die von abgegeben werden einige schwarze Löcher. In einer Weltneuheit konnte das Team ein entferntes Schwarzes Loch betrachten und den Bereich auflösen, von dem aus seine Jets gestartet werden. Dies ist der erste empirische Beweis für den Zusammenhang zwischen Schwarzloch-Spin und Schwarzloch-Jets, der aus theoretischen Gründen seit langem vermutet wird.
Der künstlerische Eindruck der innersten Regionen von M87 zeigt die Beziehung zwischen dem Schwarzen Loch, dem umlaufenden Akkretionsfluss und dem Start des relavistischen Jets.
In vielen Galaxien, einschließlich unserer eigenen Milchstraße, lauert ein riesiges Schwarzes Loch in ihren Kernen. In etwa 10 Prozent dieser Galaxien gibt das Loch riesige, enge Elektronenströme und andere subatomare Teilchen ab, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Diese leistungsstarken Jets können sich über Hunderttausende von Lichtjahren erstrecken. Sie können so hell sein, dass sie den Rest der Galaxie zusammen überstrahlen.
Über die Entstehung solcher Jets ist jedoch wenig bekannt. Das Event Horizon-Team arbeitet in seinem aktuellen Artikel daran, mehr herauszufinden. Durch die Kombination und den Vergleich von Daten aus drei Radioteleskopen wird erstmals die Basis eines solchen Jets - das Launchpad - abgebildet.
Das Team, das von Shep Doeleman am Haystack Observatory des MIT koordiniert wurde, verwendete das Event Horizon-Teleskop, ein Netzwerk von drei über die Erde verteilten Radioteleskopen. Das Thema ihrer Studie ist M87, eine riesige elliptische Galaxie, die etwas mehr als 50 Millionen Lichtjahre von unserer entfernt ist. Das ist so nah wie Galaxien, aber weit entfernt, wenn man bedenkt, dass der Horizont des Schwarzen Lochs, das das Team abgebildet hat, ungefähr so groß ist wie ein einzelnes Sonnensystem. Es ist, als könnte das Teleskop einen Mohn von überall auf einem Kontinent ausmachen oder einen Softball auf dem Mond ausmachen. "Dies sind einige der höchsten Auflösungen, auf die jemals in der Geschichte der Wissenschaft zugegriffen wurde", sagt Broderick.
Broderick fasst das Problem, mit dem sich das Team befasst, so zusammen: „Mit schwarzen Löchern soll etwas reinkommen, und doch sehen wir hier, wie all dieses Zeug mit großer Energie herauskommt. Woher kommt diese Energie? "
Es gibt zwei Möglichkeiten. Das erste ist, dass ein Schwarzes Loch selbst ein großes Energiereservoir ist - ein rotierendes Schwarzes Loch hat eine riesige Menge an Rotationsenergie, die die Jets abfangen könnten. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass die Energie von einem Akkretionsprozess stammt - die Akkretionsscheibe ist die staubige Spirale von Dingen, die in das Schwarze Loch fallen, und die Physik der Akkretion ist noch nicht gut verstanden.
Mit den neuen Daten von M87 können Theoretiker wie Broderick den Unterschied zwischen diesen Modellen von lochgetriebenen und akkretionsgetriebenen Jets erkennen. Das Bild ist noch nicht scharf - es rieselt Pixel für Pixel - aber das, sagt Broderick, "ist genug, um den Unterschied zwischen Ihrer Mutter und Ihrer Tochter zu erkennen." Mit Bildern wie dem, an dem das Team arbeitet, können wir beginnen um den Ursprung ultrarelativistischer Jets zu untersuchen.
"Das erste, was wir gelernt haben, ist, dass die Startregion ziemlich klein ist", sagt Broderick. Die Jets kommen aus der Nähe des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs: Der Punkt ohne Wiederkehr, an dem selbst das Licht von Gegenständen, die in das Schwarze Loch fallen, verloren geht. Dies ist zwar nicht ausreichend, um die Idee auszuschließen, dass Jets von der Akkretionsphysik angetrieben werden könnten, es ist jedoch klar, dass Energie entweder aus dem Schwarzen Loch oder aus den Akkretionsprozessen direkt neben dem Schwarzen Loch stammt.
"Wir beginnen jetzt zu erkennen, dass Spin eine Rolle bei der Jet-Produktion spielt", sagt Broderick. "Das heißt, wir können nicht nur sagen, dass die Jets in der Nähe des Schwarzen Lochs entstehen, sondern weil der Emissionsbereich so klein ist, muss er von einem rotierenden Schwarzen Loch kommen."
"Das Schwarze Loch ist wirklich der Motor, der den Jet antreibt", fügt er hinzu. "Es ist eine außergewöhnliche Sache."
Via Perimeter Institut für Theoretische Physik