Starke Magnetfelder beeinflussen die Sogwirkung von Schwarzen Löchern

Computersimulation von Gas, das in Richtung eines zentralen Schwarzen Lochs einströmt. Nach oben und Quelle: Bildrechte: Alexander Tchekhovskoy (LBNL) (idw)

Von Schwarzen Löchern ist bekannt, dass sie ihre Umgebung durch ihre extrem hohe Schwerkraftwirkung dominieren. Im direkten Umfeld von Schwarzen Löchern wirken auch andere Kräfte, von denen man jedoch bisher annahm, dass sie im Vergleich zur Gravitation schwächer ausfallen. Dazu gehören Kräfte, die vom Druck des einfallenden heißen Gases verursacht werden, oder von Magnetfeldern. Ein Forscherteam vom Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) und dem amerikanischen Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) hat überraschenderweise herausgefunden, das die magnetischen Kräfte in der Umgebung von Schwarze n Löchern die gleiche Stärke erreichen können wie die Schwerkraft.

Bei einer Reihe von Schwarzen Löchern, die interstellares Gas mit einem unersättlichen Appetit verschlucken, wird ein kleinerer Teil des Gases nicht verschluckt, sondern in Form von zwei entgegengesetzt gerichteten stark gebündelten Materiestrahlen oder Jets hinausgetrieben. Die hier vorgestellte Forschungsarbeit konzentriert sich auf die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren von aktiven Galaxien, in denen Radiostrahlung von solchen Jets beobachtet wird.

“Wir haben festgestellt, dass wir mit der Radiostrahlung der Jets von einem Schwarzen Loch die Magnetfeldstärke in der direkten Umgebung des Schwarzen Lochs bestimmen können“, sagt Mohammad Zamaninasab, der Erstautor der Veröffentlichung (früherer Mitarbeiter am MPIfR, dessen Arbeit durch ein Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt wurde). „Es gab einen richtigen Aha-Effekt, als wir die Resultate unserer Magnetfeldmessungen mit denen der Schwerkraft in der Nähe von Schwarzen Löchern verglichen und feststellten, dass sie von der Größe vergleichbar sind“, fährt er fort.

Von einem theoretischen Standpunkt aus kann die Möglichkeit, dass die Magnetkraft im Bereich von Schwarzen Löchern vergleichbar wird mit der Schwerkraft, durch Computersimulationen auf neuestem Stand der Technik modelliert werden. „Sobald das einfallende Gas in unseren Simulationen ein genügend starkes Magnetfeld mit sich führt, wird der Einfluss des Magnetfelds in der Nähe des Schwarzen Lochs so stark, dass er mit der Gravitation ins Gleichgewicht kommt“, erklärt Alexander Tchekhovskoy (LBNL), einer der Ko-Autoren der Untersuchung. „Dadurch wird das Verhalten des Gases im Bereich des Schwarzen Lochs grundlegend verändert.“

Überraschenderweise ist die Magnetfeldstärke bei diesen exotischen Objekten vergleichbar mit dem Magnetfeld, das in uns vertrauter Umgebung hier auf der Erde erzeugt wird, nämlich bei der Kernspintomografie im Krankenhaus oder in einer Arztpraxis. Sowohl Schwarze Löcher mit der milliardenfachen Masse unserer Sonne als auch Kernspintomografen erzeugen Magnetfelder, die rund 10000 mal stärker sind als das Magnetfeld unserer Erde, wie es in einem normalen Kompass angezeigt wird.

Die Messung der Magnetfeldstärke in der Umgebung des Schwarzen Lochs beruht auf einem Verfahren, mit dem der Anteil der Radiostrahlung bestimmt wird, der an verschiedenen Messpunkten im Bereich der Jet-Basis absorbiert wird. „Solche Daten gibt es bereits für rund 100 Galaxien aus früheren Projekten einer ganzen Reihe von international besetzten Forschungsteams, die dafür das Very Long Baseline Array oder VLBA genutzt haben, ein Netzwerk von über die ganzen Vereinigten Staaten von Hawaii bis zu den Virgin Islands verteilten Radioteleskopen“, sagt Tuomas Savolainen vom MPIfR, ebenfalls Ko-Autor der Studie. „Ein großer Teil der Messungen ist erst seit kurzem allgemein zugänglich, auf der Grundlage eines umfassenden Beobachtungsprogramms namens MOJAVE zur systematischen Überwachung von Hunderten solcher Jets, die durch supermassereiche Schwarze Löcher erzeugt werden.“

Die Magnetfeldstärke im Bereich des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs wirkt sich direkt auf die Stärke der Jets aus und damit, auf der Grundlage von Theorien, in denen Schwarze Löcher als eine Art von rotierenden Magneten behandelt werden, auch auf deren Leuchtkraft in Radiowellenlängen. Damit würde plausibel, dass die ausgesprochen leuchtkräftigen Radiojets in den Zentren aktiver Galaxien gerade von solchen Systemen von Schwarzen Löchern herrühren, in denen Magnetfelder vergleichbar stark mit der Gravitation auftreten.

Diese Ergebnisse könnten zu einer Änderung in der Interpretation der Beobachtungen von Schwarzen Löchern führen. „Wenn unsere Vorstellungen einer genaueren Überprüfung standhalten, dann müssten die bisherigen Annahmen der Astronomen zur Messung der Eigenschaften von Schwarzen Löchern geändert werden“, schließt Eric Clausen-Brown, ebenfalls vom MPIfR. „Die Untersuchung ändert außerdem unsere Erwartungen darüber, wie leistungsstark die Schwarzen Löcher ausfallen können. Da die Jets darüber hinaus ihre Trägergalaxien und ihre Umgebung beeinflussen, könnte es sogar dazu führen, dass wir unsere Grundannahmen über den Einfluss von Schwarzen Löchern auf ihre Umgebung überdenken müssen.“

Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie (idw)