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Im Sog der Schwarzen Löcher

04.06.2014

Astronomen entdecken, dass Magnetfelder in der Umgebung dieser Massemonster der Schwerkraft ebenbürtig sein können

Schwarze Löcher dominieren ihre Umgebung durch ihre extrem hohe Schwerkraftwirkung. Im direkten Umfeld dieser Massemonster wirken unter anderem auch magnetische Kräfte, von denen man jedoch bisher annahm, dass sie im Vergleich zur Gravitation schwächer ausfallen. Ein Team aus Forschern des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie sowie dem US-amerikanischen Lawrence Berkeley National Laboratory hat nun herausgefunden, dass die magnetischen Kräfte in der Umgebung von Schwarzen Löchern die gleiche Stärke erreichen können wie die Schwerkraft.


Computersimulation von Gas (gelb), das in Richtung eines zentralen Schwarzen Lochs einströmt. Nach oben und nach unten ist jeweils ein durch Magnetfelder stark gebündelter Materiestrahl oder Jet mit Magnetfeldlinien zu sehen.

© Alexander Tchekhovskoy / LBNL

Viele Schwarze Löcher, die Materie mit unersättlichem Appetit verschlucken, spucken einen Bruchteil des interstellaren Gases in Form von zwei entgegengesetzt gerichteten, stark gebündelten Materiestrahlen (Jets) wieder ins All. Das betrifft vor allem schwergewichtige Massemonster in den Zentren aktiver Galaxien, in denen man Radiostrahlung von solchen Jets beobachtet.

„Wir haben festgestellt, dass sich mit der Radiostrahlung der Jets die Magnetfeldstärke in der direkten Umgebung eines Schwarzen Lochs bestimmen lässt“, sagt Mohammad Zamaninasab; der Erstautor des in der Fachzeitschrift Nature erschienenen Aufsatzes. Er war früher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für Radioastronomie und Stipendiat der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Zamaninasab und seine Kollegen fanden heraus, dass die Stärke der Magnetfelder und der Schwerkraft in der Nähe von Schwarzen Löchern durchaus vergleichbar ist.

Diesen Befund haben die Wissenschaftler am Computer nachgestellt. „Sobald das einfallende Gas in unseren Simulationen ein genügend starkes Magnetfeld mit sich führt, wird der Einfluss dieses Magnetfelds in der Nähe des Schwarzen Lochs so stark, dass sich mit der Gravitation ein Gleichgewicht einstellt“, sagt Alexander Tchekhovskoy vom Lawrence Berkeley National Laboratory. Dadurch ändere sich das Verhalten des Gases im Bereich des Schwarzen Lochs grundlegend.

Überraschenderweise ist die Magnetfeldstärke bei diesen exotischen Objekten ähnlich der, die uns vertraute Geräte auf der Erde erzeugen, etwa bei der Kernspintomografie: Demnach erzeugen sowohl Schwarze Löcher mit der milliardenfachen Masse unserer Sonne als auch Kernspintomografen Magnetfelder, die rund 10000-mal stärker sind als das Magnetfeld unseres Planeten.

Die Messung der Magnetfeldstärke in der Umgebung eines Schwarzen Lochs beruht auf einem Verfahren, mit dem man den Anteil der Radiostrahlung bestimmt, der an verschiedenen Messpunkten im Bereich der Jetbasis absorbiert wird. „Solche Daten gibt es bereits für rund 100 Galaxien aus früheren Projekten, die dafür das Very Long Baseline Array genutzt haben“, sagt Tuomas Savolainen vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Das VLBA ist ein Netzwerk von über die Vereinigten Staaten von Hawaii bis zu den Virgin Islands verteilten Radioteleskopen.

Laut Savolainen ist ein großer Teil der Messungen erst seit kurzem allgemein zugänglich: Ein umfassendes Beobachtungsprogramm namens MOJAVE überwacht systematisch Hunderte Jets, hinter denen supermassereiche Schwarze Löcher stecken.

Deren Magnetfeldstärke wirkt sich direkt auf die Stärke der Jets aus. Auf der Grundlage von Theorien, die Schwarze Löcher als eine Art von rotierenden Magneten behandeln, schlägt sich das auch in der Leuchtkraft der Jets bei Radiowellenlängen nieder. Das heißt: Die ausgesprochen leuchtkräftigen Radiojets in den Zentren aktiver Galaxien rühren gerade von solchen Schwarzen Löchern her, in denen Magnetfelder vergleichbar stark mit der Gravitation auftreten.

„Wenn unsere Vorstellungen einer genaueren Überprüfung standhalten, dann müssten wird unsere Annahmen über die Eigenschaften von Schwarzen Löchern und deren Wirkung auf ihre Umgebung überdenken“, sagt Eric Clausen-Brown, Wissenschaftler am Bonner Max-Planck-Institut.

Ansprechpartner 

Dr. Mohammad Zamaninasab

Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn

Telefon: +49 176 64972814

 

Dr. Eric Clausen-Brown

Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn

Telefon: +49 228 525-473

 

Dr. Tuomas Savolainen

Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn

Telefon: +49 228 525-473
Fax: +49 228 525-229

 

Dr. Norbert Junkes

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn

Telefon: +49 228 525-399

 

Originalpublikation

 
M. Zamaninasab, E. Clausen-Brown, T. Savolainen, A. Tchekhovskoy
Nature, 5. Juni 2014, DOI: 10.1038/nature13399 

Dr. Mohammad Zamaninasab | Max-Planck-Institut

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