Eine künstlerische Darstellung des längsten jemals beobachteten Jetsystems eines Schwarzen Lochs. Seine Gesamtlänge beträgt 23 Millionen Lichtjahre, eine Entfernung, die etwa dem 140-fachen Durchmesser unserer Milchstraße entspricht.E. Wernquist / D. Nelson (Illust/Reuters
Es wurden zwei gewaltige Energiestrahlen registriert, die aus einem supermassereichen Schwarzen Loch im Inneren einer weit entfernten Galaxie in entgegengesetzte Richtungen schießen. Dabei handelt es sich um die größten Jets dieser Art, die jemals beobachtet wurden. Ihre Ausdehnung entspricht etwa dem 140-fachen Durchmesser unserer riesigen Milchstraße.
Das schwarze Loch befindet sich im Herzen einer Galaxie, die etwa 7,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Ein Lichtjahr ist die Entfernung, die Licht in einem Jahr zurücklegt: 9,5 Billionen Kilometer. Aufgrund der Zeit, die Licht für eine Reise benötigt, ist ein Blick über große Entfernungen wie ein Blick zurück in die Vergangenheit. Diese Beobachtungen stammen aus der Zeit, als das Universum weniger als halb so alt war wie heute.
Schwarze Löcher sind außerordentlich dichte Objekte mit einer so starken Schwerkraft, dass nicht einmal Licht entkommen kann. Die meisten Galaxien, einschließlich der Milchstraße, haben in ihrem Kern ein großes schwarzes Loch. Einige dieser Löcher schießen Jets aus hochenergetischen Teilchen und Magnetfeldern von ihren beiden Polen in den Weltraum, während sie aufgrund ihrer immensen Schwerkraft Material wie Gas, Staub und Sterne verschlingen, das in sie hineinfällt.
Die beiden Jetstrukturen, die in der neuen Studie – mit Hilfe des Radioteleskops LOFAR (Low-Frequency Array), einem Antennennetzwerk mit Sitz in den Niederlanden – dokumentiert wurden, erstrecken sich von einem Ende zum anderen über 23 Millionen Lichtjahre.
Diese überhitzten Jets werden durch die gewaltigen Ereignisse rund um das Schwarze Loch verursacht und bestehen aus subatomaren Teilchen – sogenannten Elektronen und Positronen – sowie Magnetfeldern, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Die Forscher haben diese beiden Jets Porphyrion (ausgesprochen „poor-FEER-ee-ahn“) getauft, nach einem Riesen aus der altgriechischen Mythologie. Porphyrion ist etwa 30 Prozent länger als der bisherige Rekordhalter für solche Jets.
„Jet-Systeme wie Porphyrion scheinen zu den energiereichsten Spektakeln zu gehören, die sich seit dem Urknall im Universum ereignet haben“, sagte der Caltech-Astrophysiker Martijn Oei, Hauptautor der in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie, und bezog sich dabei auf das Ereignis, durch das das Universum vor etwa 13,8 Milliarden Jahren entstand.
„Nach allgemeiner Auffassung entstehen Jets, wenn magnetisiertes Material auf ein rotierendes Schwarzes Loch fällt“, ergänzte der Astrophysiker und Co-Autor der Studie Martin Hardcastle von der University of Hertfordshire in England. „Sie müssen durch einen kontinuierlichen Einfall von Materie in das Schwarze Loch aufrechterhalten werden, etwa in der Größenordnung von einer Sonnenmasse pro Jahr.“
Solche Jets sind mit bloßem Auge nicht erkennbar, beginnen klein und werden mit der Zeit größer.
„Wir wissen seit einiger Zeit, dass Schwarze Löcher diese Jets erzeugen können. Interessant ist jedoch, dass die Jets für eine lange Zeit bestehen bleiben müssen – etwa eine Milliarde Jahre –, um eine so große Struktur zu erzeugen“, sagte Prof. Hardcastle.
Die Porphyrion-Jets reichen weit über ihre Heimatgalaxie hinaus und weisen eine Energieleistung auf, die der von Billionen sonnenähnlicher Sterne entspricht.
„Das entspricht der Energie, die bei den gewaltigsten kosmischen Kollisionen freigesetzt wird: zum Beispiel wenn zwei Galaxienhaufen, von denen jeder manchmal Tausende von Galaxien enthält, miteinander verschmelzen“, sagte Dr. Oei.
„Die Tatsache, dass es sich so weit von seinem Mutter-Schwarzen Loch erstreckt, bedeutet, dass es Energie, Teilchen und Magnetfelder in die Hohlräume des kosmischen Netzes transportieren könnte, die Lücken zwischen Galaxiengruppen und -filamenten, von denen wir wissen, dass sie die großräumige Struktur des Universums bilden. Dies könnte uns helfen, die allgegenwärtigen Magnetfelder im heutigen Universum zu verstehen“, sagte Prof. Hardcastle.
Den Angaben der Forscher zufolge könnten solche Jets das Gas im interstellaren Raum erhitzen und so die Bildung neuer Sterne, für die kalte Gaswolken erforderlich sind, verhindern. Zudem könnten sie bewohnbare Planeten schädigen.
Das supermassive Schwarze Loch der Milchstraße verfügt in seinem gegenwärtigen Ruhezustand nicht über solche Jets.
„Die wichtigste Erkenntnis ist, dass Jets von Schwarzen Löchern unter den richtigen Umständen so groß werden können wie die wichtigsten kosmischen Strukturen des Universums – Galaxienhaufen, kosmische Filamente, kosmische Hohlräume“, sagte Dr. Oei. „Das bedeutet, dass einzelne Schwarze Löcher einen Einflussbereich haben können, der weit über die Galaxie hinausgeht, in der sie sich befinden.“
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