Eine künstlerische Darstellung des spiralförmigen magnetischen Windes um das supermassive schwarze Loch im Zentrum der Galaxie ESO320-G030. Die farbigen Linien zeigen die Rotationsbewegung des Windes (blau zu uns hin, rot von uns weg).(Bildnachweis: M.D. Gorski/Aaron Geller/Northwestern University/CIERA.)
Es ist ein Mythos, dass schwarze Löcher alles anziehen. Ein Großteil der Materie, die in Richtung des Schwarzen Lochs fällt, wird dank starker Magnetfelder, die geladene Teilchen aus der Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs herausschweben lassen und beschleunigen können, wieder ausgespuckt.
Lange Zeit ging man davon aus, dass dieses Material radial aus der Umgebung des Schwarzen Lochs herausfließt, entweder durch einen durchdringenden Strahl, der durch Magnetfelder gebündelt wird, oder durch Material, das von Strahlungsausströmungen aus der heißen Scheibe angehoben wird. Diese Theorie hatte jedoch schon immer ein kleines Paradoxon: Wenn die unmittelbare Umgebung von Schwarzen Löchern in der Lage ist, Material aus der Gefahr zu entfernen, wie können dann supermassereiche Schwarze Löcher genügend Materie aufnehmen, um zu ihren gigantischen Massen zu wachsen, die das Millionen- oder sogar Milliardenfache der Masse unserer Sonne betragen?
Jetzt haben Beobachtungen der 120 Millionen Lichtjahre entfernten aktiven Galaxie ESO320-G030 möglicherweise die Antwort geliefert. Es wurde festgestellt, dass ein spiralförmiger magnetischer Wirbel um ein supermassereiches Schwarzes Loch in einer weit entfernten Galaxie herumwirbelt und Bedingungen schafft, die es dem Schwarzen Loch ermöglichen, sich gierig zu ernähren.
Mit Hilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile entdeckten Astronomen unter der Leitung von Mark Gorski von der Northwestern University, USA, Cyanwasserstoffgas, das von magnetohydrodynamischen Ausströmungen – mit anderen Worten, magnetischen Winden – geblasen wird. Die Blausäure ist an sich nicht besonders wichtig, aber sie steht stellvertretend für das übrige molekulare Gas im System und kann von ALMA nachgewiesen werden.
„Wir wollten das Licht von Molekülen messen, die von Winden aus dem Kern der Galaxie getragen werden, in der Hoffnung, herauszufinden, wie die Winde durch ein wachsendes – oder bald wachsendes – supermassives Schwarzes Loch ausgelöst werden“, sagte Susanne Aalto von der Chalmers University of Technology in Schweden, die mit Gorski an der Studie arbeitete, in einer Erklärung. „Durch den Einsatz von ALMA konnten wir das Licht hinter dicken Schichten von Staub und Gas untersuchen.“
ALMA war in der Lage, einen Dopplereffekt in der Submillimeter-Radioemission von Blausäure zu erkennen, der es Gorskis Team ermöglichte, die Bewegung des Gases zu verfolgen. Sie fanden heraus, dass das Gas von einem rotierenden magnetischen Wind getragen wird, im Gegensatz zu den typischen radialen Ausströmungen, die von aktiven Schwarzen Löchern erwartet werden. Dies hat einen großen Einfluss darauf, wie sich das Schwarze Loch ernährt.
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„In unseren Beobachtungen sehen wir klare Hinweise auf einen rotierenden Wind, der das Wachstum des zentralen Schwarzen Lochs der Galaxie reguliert“, so Gorski.
Wenn sich die Materie – Gas und Staub – dem Schwarzen Loch nähert, bündelt sie sich zunächst in einer rotierenden Akkretionsscheibe, die mit Magnetfeldern verflochten ist, die mit zunehmender Windstärke immer stärker werden. Normalerweise sind sie in der Lage, geladene Teilchen aus der Scheibe herauszuheben und sie in einem gebündelten, magnetisch kollimierten Strahl wegzustoßen. Die Scheibe wird auch sehr heiß und strahlt mit Millionen von Grad, und dieser Strahlungsausfluss kann ebenfalls Materie vom Schwarzen Loch wegdrücken.
Die rotierenden magnetischen Winde sind jedoch anders. „Wir können sehen, wie die Winde eine spiralförmige Struktur bilden, die sich vom Zentrum der Galaxie ausbreitet“, sagt Aalto.
Gorski und Aalto beschreiben den magnetischen Wind in ihrem Forschungspapier als „spektakulär“. Das liegt daran, dass der rotierende Wind zwar geladene Teilchen aus der Scheibe herausheben kann, aber auch einen Teil des Drehimpulses der Scheibe stiehlt, da er sich ebenfalls dreht. Dadurch verlangsamt sich die Rotation der Akkretionsscheibe, und da sich die Materie nicht mehr so schnell bewegt wie in der Scheibe, kann die Schwerkraft des Schwarzen Lochs mehr von dieser Materie über den Ereignishorizont ziehen. Dadurch kann das Schwarze Loch schneller wachsen, als es sonst der Fall wäre, da mehr Materie in das Loch fällt.
Da mehr Materie in das supermassive Schwarze Loch fallen kann, könnte dieser rotierende magnetische Wind der Schlüssel sein, um herauszufinden, wie ein AGN – ein aktiver galaktischer Kern, d. h. ein supermassives Schwarzes Loch, das sich in einem Fressrausch befindet – eingeschaltet wird und eine Galaxie dazu bringt, sich im Extremfall in einen Quasar zu verwandeln.
„Jetzt, da wir wissen, wonach wir suchen müssen, besteht der nächste Schritt darin, herauszufinden, wie häufig dieses Phänomen ist“, so Gorski. „Und wenn dies eine Phase ist, die alle Galaxien mit supermassiven schwarzen Löchern durchlaufen, was passiert dann mit ihnen? Längst nicht alle Fragen zu diesem Prozess sind beantwortet.“
Die Forschungsarbeit wurde im April in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
