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Freitag, 09.12.2016
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Flackernde Blitze aus dem Schwarzen Loch

Astronomomen lösten Rätsel des "unmöglichen" Wetterleuchtens am Ereignishorizont

Rätselhaftes Flackern: Ein Schwarzes Loch im Herzen einer fernen Galaxie sendet Gammastrahlen-Lichtblitze aus, die schneller flackern, als es nach bisherigen Vorstellungen möglich schien. Das Rätsel dieses "unmöglichen" Wetterleuchtens haben Astronomen nun gelöst: Die flackernden Blitze stammen nicht von der in das Loch stürzenden Materie, sondern enstehen im Plasmajet, so die Forscher im Fachmagazin "Science".
Schwarze Löcher in aktiven Galaxienkernen senden energiereiche Strahlung und Plasmajets aus

Schwarze Löcher in aktiven Galaxienkernen senden energiereiche Strahlung und Plasmajets aus

Die Schwarzen Löcher im Herzen von Galaxien sind echte Giganten: ihre Masse liegt bei einer Million bis zu mehreren Milliarden Sonnenmassen. Auch im Zentrum der 260 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie IC 310 im Perseus-Galaxienhaufen liegt ein solcher Riese. Wird Materie in dieses Schwarzes Loch hineingezogen, kommt es zu heftigen Strahlungsausbrüchen bis in den Gammabereich hinein, gleichzeitig stoßen diese aktiven galaktischen Kerne (AGN) gewaltige Jets aus, bei denen Teilchen wie aus einer Düse mit annähernd Lichtgeschwindigkeit ins All geblasen wird.

Lichtblitze schneller als das Licht?


Doch 2009 beobachtete das Gammastrahlen-Teleskop Fermi Seltsames: Die energiereichen Lichtblitze aus dem Schwarzen Loch flackerten schneller bei jedem anderen Objekt dieser Art. Ihre Intensität nahm innerhalb von nur fünf Minuten ab und zu. Rätselhaft ist dies deshalb, weil man bisher davon ausging, dass dieses Licht vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs stammen muss. Doch dieser ist 450 Millionen Kilometer groß - um diese Strecke zurückzulegen, bräuchte selbst Licht mindestens 25 Minuten.

IC 310, aufgenommen von Radiotelekopen. Der AUsschnitt zeigt die Struktur des Jets.

IC 310, aufgenommen von Radiotelekopen. Der AUsschnitt zeigt die Struktur des Jets.

"Kein Objekt kann plötzlich seine ganze Oberfläche schneller erhellen, als das Licht braucht, um diese zu durchqueren", erklärt Erstautor Julian Sitarek vom Institut de Fisica d'Altes Energies (IFAE) in Barcelona. Um diesem Rätsel auf den Grund zu gehen, haben Sitarek und seine Kollegen diesen aktiven Galaxienkern nun den MAGIC-Teleskopen auf der Kanareninsel La Palma beobachtet. Diese Teleskope fangen das sogenannte Tscherenkow-Licht ein, Licht, das entsteht, wenn energiereiche Strahlung aus dem All auf die Atmosphäre trifft und dort Gasatome anregt.


Dynamoeffekt im Jet erzeugt Energieblitze


Mit Hilfe des Tscherenkow-Lichts und Aufnahmen des europäischen Netzwerks von Radioteleskopen (EVN), gelang es den Astronomen, die Quelle des rätselhaften Wetterleuchtens näher einzugrenzen. Dabei zeigte sich, dass die Gammastrahlung tatsächlich nicht vom Ereignishorizont selbst stammt, sondern aus einem Bereich nahe der Pole des Schwarzen Lochs. "Das Schwarze Loch im Zentrum von IC 310 scheint sehr stark zu rotieren und dadurch wie ein Dynamo einen elektrischen Strom von Teilchen zu verursachen, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen und dabei Gammastrahlung aussenden“, erklärt Koautor Karl Mannheim von der Universität Würzburg das Geschehen.

Magnetfeld (rote Linien) eines rotierenden Schwarzen Lochs. An den Polen beschleunigen starke Felder (gelb)  die Jetteilchen und es entsteht Gammastrahlung.

Magnetfeld (rote Linien) eines rotierenden Schwarzen Lochs. An den Polen beschleunigen starke Felder (gelb) die Jetteilchen und es entsteht Gammastrahlung.

"Sie müssen sich das vorstellen wie einen Gewitterblitz", so der Forscher. Alle paar Minuten entlädt sich die angesammelte Energie des Jets auf einer Fläche von der Größe unseres gesamten Sonnensystems. Dabei entstehen Gammastrahlen und Lawinen von Sekundärteilchen, die ebenfalls Strahlung abgeben. Die dabei erzeugten Schockwellen im Plasmajet bewegen sich so schnell, dass sie fast ihre eigene Strahlung wieder aufholen – und das führt zu dem verkürzten Flackern des Blitzes, wie die Astronomen erklären. (Science, 2014; doi: 10.1126/science.1256183)
(Max-Planck-Gesellschaft / Universität Würzburg / Science, 07.11.2014 - NPO)
 
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