Wie kann ein schwarzes Loch enorme Mengen an Materie verschlingen und gleichzeitig einen Jet ausstoßen, der fast so schnell wie das Licht ist?
Ein schwarzes Loch zieht Gas und Staub an, die ihm zu nahe kommen. Bevor diese Materie hineinfallen kann, kreist sie oft um das schwarze Loch und bildet dabei eine Scheibe. Gleichzeitig stoßen manche schwarzen Löcher zwei sehr leistungsstarke Jets ins All aus, die in entgegengesetzte Richtungen zeigen. Was Astronominnen und Astronomen erstaunt, ist, dass die größten Materiefresser nicht unbedingt die stärksten Jets erzeugen sollten.
Künstlerische Darstellung eines schwarzen Lochs, das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist und einen Plasmajet ausstößt. Diese Darstellung veranschaulicht die für die Galaxie 3C 120 untersuchten Mechanismen, zeigt dieses konkrete Objekt jedoch nicht.
Illustration: NASA/JPL-Caltech, gemeinfrei.
Um dieses Paradox zu verstehen, beobachtete ein internationales Team das schwarze Loch im Zentrum der Galaxie 3C 120. Dieses Objekt verschlingt schnell Materie und stößt einen spektakulären Jet aus. Die Forschenden kombinierten die Messungen eines Weltraumteleskops für Röntgenstrahlung, XRISM, mit denen mehrerer über die Erde verteilter Radioteleskop-Netzwerke.
Die Röntgenstrahlen ermöglichten es ihnen, das Gas zu untersuchen, das um das schwarze Loch kreist. Dieses Gas enthält unter anderem Eisen, dessen Licht eine erkennbare Signatur trägt. Die Gravitation und die sehr schnellen Bewegungen verformen diese Signatur. Anhand ihrer Form können die Forschenden abschätzen, wie weit sich die Materiescheibe erstreckt.
Das Ergebnis zeigt, dass diese relativ kühle und abgeflachte Scheibe nicht bis in die unmittelbare Nähe des schwarzen Lochs reicht. Sie scheint vorher zu enden und einer Region Platz zu machen, in der das Gas deutlich heißer und weniger abgeflacht ist. Dieses Gas, ein Plasma, kann mehrere hundert Millionen Grad heiß werden.
Die Radioteleskope ermöglichen es, die andere Hälfte der Geschichte zu erzählen. Sie machten es möglich, die Form des Jets an seinem Ausgangspunkt zu verfolgen, ganz in der Nähe dieser glühend heißen Region. Die beiden Messreihen deuten daher darauf hin, dass der Jet innerhalb dieses sehr heißen Gases entstehen könnte und nicht in der kühleren Scheibe, die es umgibt.
Die Forschenden vermuten, dass das heiße Gas starke Magnetfelder in der Nähe des schwarzen Lochs aufrechterhalten kann. Diese Felder würden einen Teil der Materie nach außen leiten und könnten die Rotationsenergie des schwarzen Lochs anzapfen, um den Jet anzutreiben. Nichts kommt aus dem Inneren des schwarzen Lochs heraus: Der Jet entsteht in seiner Umgebung.
Die Forschenden möchten nun weitere Galaxien untersuchen, um herauszufinden, ob dieser Mechanismus auch anderswo auftritt.