Im Herzen eines Blazars
Forschende beobachten, wie ein Paar schwarzer Löcher den Jet in der aktiven Galaxie OJ 287 verbiegt
Ein internationales Team, zu dem auch mehrere Forschende des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie gehören, hat die aktive Galaxie OJ 287 mit einer Winkelauflösung von 12 Mikrobogensekunden im Radiobereich kartiert. Das ist die derzeit höchste Auflösung, die mit astronomischen Beobachtungen erreicht werden kann. Ermöglicht hat dies die Technik der Interferometrie mit sehr langen Basislinien. Dabei wurden die Signale von zwölf Radioteleskopen – eines an Bord des russischen Satelliten Spektr-R – miteinander kombiniert. Das so entstandene virtuelle Teleskop hatte einen Durchmesser von 193.000 Kilometer.
Die Galaxie OJ 287 befindet sich fünf Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt in Richtung des Sternbilds Krebs. Sie gehört zur Klasse der sogenannten Blazare – Galaxien, in deren Zentrum ein supermassereiches schwarzes Loch sitzt. Im Herz der Galaxie OJ 287 verbergen sich offenbar sogar zwei schwarze Löcher. In unmittelbarer Nähe dieser Schwerkraftfallen entspringen in zwei entgegengesetzte Richtungen sogenannte Jets – Strahlen aus Gas. Diese senden Strahlung aus, die in ihrer Stärke variiert.
Die interferometrischen Aufnahmen bei vier verschiedenen Wellenlängen zeigen in dem gekrümmten Jet von OJ 287 mehrere Emissionsknoten. Zudem nimmt die Krümmung des Strahls mit zunehmender Winkelauflösung und in Richtung des Jet-Ursprungs immer weiter zu. Das stützt die Hypothese eines „präzedierenden“ Jets, der durch die beiden supermassereichen schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxie beeinflusst wird.
Die Analyse der Polarisationseigenschaften der Radiostrahlung zeigt außerdem ein überwiegend toroidales, gleichsam Donut-förmiges Magnetfeld. Daraus schließen die Forschenden, dass die innerste radiostrahlende Region von einem schraubenförmigen Magnetfeld durchzogen ist – in Übereinstimmung mit Modellen zur Entstehung des Jets.
Die spektralen Eigenschaften der Radiostrahlung legen nahe, dass das Jetplasma aus Elektronen und Positronen besteht, deren kinetische Energie in etwa mit der Energie des Magnetfelds im Gleichgewicht steht. Wiederholte „Injektionen“ von energiereicheren Teilchen in das Jet-Plasma stören dieses Gleichgewicht und lassen einige Teile des inneren Jets aufflackern.
Die Galaxie OJ 287 ist einer der besten Kandidaten für zwei umeinander rotierende supermassereiche schwarze Löcher in unserer kosmischen Nachbarschaft. Vermutlich befindet sich das sekundäre schwarze Loch in diesem System auf einer sehr engen elliptischen Umlaufbahn und durchquert die Akkretionsscheibe des primären schwarzen Lochs zweimal alle zwölf Jahre. Dabei entstehen unter anderem starke Strahlungsausbrüche (Flares).
„Eine der wichtigsten Fragen im Zusammenhang mit der Entwicklung supermassereicher schwarzer Löcher ist, wie das Paar am Ende verschmelzen kann“, sagt Andrei Lobanov vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Sobald die beiden Massemonster die Sterne und das Gas in ihrer Umgebung komplett verdrängt haben, sollte laut Theorie der Abstand zwischen den schwarzen Löchern nicht länger schrumpfen.
„An diesem Punkt kommt die Gravitationsstrahlung ins Spiel und bewirkt, dass sich die beiden schwarzen Löcher immer weiter annähern, bis sie schließlich miteinander verschmelzen“, so Lobanov. Im Fall von OJ 287 sind die Partner in dem vermuteten binären System einander so nahe, dass es Gravitationswellen aussenden sollte, die sich in naher Zukunft nachweisen lassen sollten.
Ein erheblicher Teil der Energie, die über die von den schwarzen Löchern angesammelte Materie freigesetzt wird, gelangt in die bipolaren und hoch relativistischen Plasmajets. „Die beobachtete Feinstruktur der inneren Jet-Region eignet sich zum Test der Gültigkeit des Modells eines binären schwarzen Lochs“, sagt Thomas Krichbaum. Zudem werde man nach den Worten des Bonner Max-Planck-Wissenschaftlers herausfinden, ob die beobachtete Jet-Krümmung auch durch andere Effekte verursacht werden kann, wie etwa spiralförmige Magnetfelder oder die rotierende Raumzeit in der Nähe der schwarzen Löcher.
„Die Resultate haben uns geholfen, unser Wissen über die Morphologie der relativistischen Jets in der Nähe der zentralen Antriebsmaschine zu erweitern, die Rolle der Magnetfelder am Fußpunkt der Jets zu bestätigen und weitere Merkmale für die Existenz eines binären schwarzen Lochs tief im Herzen von OJ 287 zu erkennen und zu untersuchen“, sagt Efthalia Traianou, die am Max-Planck-Institut für Radioastronomie promoviert hat.
NJ / HOR
