Schwarzes Loch: Jet bewegt sich mit fast halber Lichtgeschwindigkeit

Dennoch haben Wissenschaftler trotz jahrzehntelanger Forschung Schwierigkeiten, die Stärke dieser Jets zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen. Bislang mussten Astronomen schwarze-Loch-Jets anhand der riesigen Narben beurteilen, die sie über Tausende haben. Dies war ein wenig so, als würde man versuchen, einen Motor zu verstehen, indem man alte Reifenabdrücke untersucht, statt die Maschine in Echtzeit laufen zu lassen.

Nun hat ein internationales Team, das das berühmte Schwarze-Loch-System Cygnus X-1 untersucht, etwas Ungeahntes erreicht: Es hat die momentane Leistung eines Schwarzen-Loch-Jets in Aktion direkt gemessen. Die Ergebnisse zeigen Jets, die Energie transportieren, die etwa der von 10.000 Sonnen entspricht, und sich mit nahezu der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Damit wird einer der klarsten Einblicke bisher geliefert, wie Schwarze Löcher Energie wieder in das Universum pumpen. Ein Schwarzes Loch im Kampf mit Sternwinden Der Durchbruch gelang durch eine ungewöhnliche Strategie, die darauf basierte, zu beobachten, wie die Jets mit ihrer Umgebung interagieren, anstatt die Jets direkt zu messen.

Moegliche Anwendungen

Die Autoren der Studie analysierten 18 Jahre hochauflösender Radiobeobachtungen, die über ein globales Teleskopnetzwerk gesammelt wurden. Ihr Ziel war Cygnus X-1, eines der bekanntesten Schwarze-Loch-Systeme, die je entdeckt wurden, und es befindet sich etwa 7.200 Lichtjahre System besteht aus einem Schwarzen Loch und einem massereichen blauen Supergirnen Stern, die sich gegenseitig umkreisen.

Der Stern gibt kontinuierlich Gas durch starke Sternwinde ab, und das Schwarze Loch zieht einen Teil dieses Materials durch seine Schwerkraft an. „Der Einfluss des Windes kann den Jet vom Begleitstern wegbiegen", sagten die Autoren der Studie. Während das Gas spiralförmig nach innen zieht, wird es extrem heiß und energiereich. Ein Teil dieser Energie fällt nicht in das Schwarze Loch.

Stattdessen wird sie nach außen geschleudert als zwei schmale Jets, die in entgegengesetzte Richtungen schießen. Entschlüsselung der „tanzenden Jets"Diese Jets waren der Schlüssel zur Studie. Die Forscher stellten fest, dass die mächtigen Winde des Begleitsterns die Jets drückten und bogen, während sie durch den Raum fuhren.

Nach Angaben des Teams schienen die

Nach Angaben des Teams schienen die Jets unter der Kraft des Sternwindes zu „tanzen". „Die Gesamttrajektorie des Jets wird durch das Verhältnis der Windimpulsflüsse zum Impulsfluss des Jets bestimmt", so die Autoren der Studie.

Durch sorgfältige Messung der Krümmung der Jets und die Kombination dieser Beobachtungen mit Computersimulationen konnten die Wissenschaftler berechnen, welche Kraft die Jets benötigten, um dem Winddruck zu widerstehen. Dies ermöglichte es ihnen erstmals, die wahre momentane Leistung der Jets zu schätzen.

Die Zahlen waren außergewöhnlich: Die Jets bewegten sich mit etwa 355 Millionen Meilen pro Stunde (540 Millionen Kilometern pro Stunde), also nahezu der Hälfte der Lichtgeschwindigkeit. Die Berechnungen zeigten zudem, dass rund 10 Prozent der als Materie freigesetzten Energie, die auf das Schwarze Loch zu fällt, in die Jets umgelenkt wird.

Diese Entdeckung ist ßer Bedeutung,

Diese Entdeckung ist ßer Bedeutung, da sie aufzeigt, wie effizient Schwarze Löcher einfallende Materie in mächtige Energieausbrüche umwandeln können. Schwarze Löcher könnten das Universum gewalttätiger formen, als bisher angenommen. Die Studie verändert das Verständnis über Schwarze Löcher und ihre Rolle bei der Gestaltung des Universums.

Schwarze Löcher werden oft als kosmische Staubsauger dargestellt, doch Systeme wie Cygnus X-1 zeigen, dass sie auch wie riesige Energieerzeuger wirken können. Auf deutlich größeren Skalen können ähnliche Jets Löchern das umgebende Gas aufheizen, Stoßwellen erzeugen, Turbulenzen anregen und sogar die Sternentstehung in ganzen Galaxien beeinflussen.

Seit Jahren fehlten den Wissenschaftlern jedoch verlässliche Methoden, um die Echtzeit-Leistung dieser Jets zu messen. Frühere Ansätze basierten auf der Untersuchung der großräumigen Nachwirkungen, die Jets über Tausende die Studienautoren feststellen, „basiert der Goldstandard zur Messung der Jet-Leistung bis heute auf kalorimetrischen Methoden".

Leistung und Energieausbeute

Diese Techniken können jedoch lediglich langfristige Durchschnittswerte liefern, nicht aber instantane Messungen. Durch die Verfolgung der Ablenkung der Jets im Cygnus X-1 durch stellare Winde ermöglicht die neue Methode Astronomen effektiv, die Jet-Leistung live zu messen. Dennoch weist die Arbeit Einschränkungen auf.

Das Team untersuchte lediglich ein einziges binäres System; daher ist noch nicht bekannt, ob ähnliche Energieeffizienzen auch bei anderen Schwarzen Löchern auftreten. Die Forscher planen nun, dieselbe Technik auf weitere Systeme anzuwenden, was langfristig Aufschluss darüber geben könnte, wie Schwarze Löcher Energie in Echtzeit in den Kosmos abgeben. Die Studie erscheint in der Zeitschrift Nature Astronomy.