Astronomen haben den größten jemals im frühen Universum gesehenen Jet entdeckt, der von einem Schwarzen Loch ausgestoßen wurde.
Der zweischneidige Jet, der existierte, als das Universum gerade einmal 1,2 Milliarden Jahre alt war, erstreckt sich über unglaubliche 200.000 Lichtjahre und ist damit doppelt so lang wie die Breite der Milchstraße.
Noch überraschender ist, dass das Schwarze Loch, das den Quasar mit der Bezeichnung J1601+3102 antreibt, aus dem dieser Jet ausbricht, relativ klein ist (für ein supermassives Schwarzes Loch, das einen Quasar antreibt, versteht sich). Es hat immer noch eine Masse, die 450 Millionen Sonnen entspricht).
(Bildnachweis: NOIRLab/NSF/AURA/M. Garlick)
„Interessanterweise hat der Quasar, der diesen massiven Radiojet antreibt, im Vergleich zu anderen Quasaren keine extreme Masse eines Schwarzen Lochs“, sagte Anniek Gloudemans, Teamleiter und Forscher am NOIRLab, in einer Erklärung. „Dies scheint darauf hinzuweisen, dass man nicht unbedingt ein außergewöhnlich massives Schwarzes Loch oder eine außergewöhnlich hohe Akkretionsrate braucht, um solch starke Jets im frühen Universum zu erzeugen.“
Das Bild der frühen Jets supermassiver Schwarzer Löcher
Obwohl man annimmt, dass alle großen Galaxien ein zentrales supermassives Schwarzes Loch mit einer millionen- oder gar milliardenfachen Sonnenmasse haben, treiben nicht alle dieser kosmischen Titanen Quasare an.
Quasare entstehen, wenn supermassereiche schwarze Löcher von einer Fülle von Gas und Staub umgeben sind, von denen sie sich ernähren können. Dieses Material erzeugt eine abgeflachte, wirbelnde Gas- und Staubwolke, die so genannte Akkretionsscheibe, um das Schwarze Loch. Die enorme Masse des supermassereichen Schwarzen Lochs erzeugt Gezeitenkräfte und eine enorme Reibung in der Akkretionsscheibe, die sie überhitzt und hell leuchten lässt.
Nicht das gesamte Material einer Akkretionsscheibe wird in das zentrale Schwarze Loch geleitet; ein Teil wird durch starke Magnetfelder zu seinen Polen gelenkt. Diese Teilchen werden auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und als hoch kollimierte Zwillingsstrahlen aus beiden Polen herausgeschleudert.
Diese Jets können von Radioteleskopen in großen Entfernungen gesehen werden und sind im lokalen Universum ein häufiger Anblick. Im frühen Universum, als der 13,8 Milliarden Jahre alte Kosmos weniger als 10 % seines heutigen Alters hatte, waren sie jedoch bisher nicht zu finden.
Eine Illustration eines supermassiven schwarzen Lochs im frühen Kosmos, das relativistische Strahlen ausstößt. (Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva))
Der Jet von J1601+3102 wurde erstmals vom internationalen Low-Frequency ARray (LOFAR) Teleskop, einem Netzwerk von Radioteleskopen in Europa, beobachtet.
Diese Entdeckung wurde vom Gemini Near-Infrared Spectrograph (GNIRS) weiterverfolgt, während das Hobby Eberly Telescope versuchte, es im sichtbaren Licht zu beobachten. „Wir suchten nach Quasaren mit starken Radiojets im frühen Universum, was uns hilft zu verstehen, wie und wann sich die ersten Jets bilden und wie sie die Entwicklung von Galaxien beeinflussen“, sagte Gloudemans. Nur weil dieses Objekt so extrem ist, können wir es von der Erde aus beobachten, obwohl es sehr weit entfernt ist“, so Gloudemans. “Dieses Objekt zeigt, was wir entdecken können, wenn wir die Leistung mehrerer Teleskope kombinieren, die bei unterschiedlichen Wellenlängen arbeiten.“
Der größte jemals im frühen Universum gefundene Radiostrahl, wie er von einer Reihe von Teleskopen gesehen wurde. (Bildnachweis: LOFAR/DECaLS/DESI Legacy Imaging Surveys/LBNL/DOE/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/F. Sweijen (Durham University) Bildbearbeitung: M. Zamani (NSF NOIRLab))
Ein Hauptziel dieser Nachbeobachtungen war es, die Eigenschaften dieses Quasars und des supermassereichen schwarzen Lochs, das ihn antreibt, zu bestimmen.
Bisher konnte das Team feststellen, dass das Schwarze Loch eine Masse von 450 Millionen Sonnenmassen hat, aber sie hoffen auch, die Geschwindigkeit zu erfahren, mit der es Materie verschluckt oder akkretiert.
Das Team fand auch heraus, dass die Jets nicht ganz Zwillinge sind. Der eine ist nicht nur kürzer als der andere, sondern ein Jetlappen ist auch heller als sein Gegenstück. Dies könnte darauf hindeuten, dass eine extreme Umgebung um das supermassive schwarze Loch seine Jets beeinflusst.
„Als wir mit der Untersuchung dieses Objekts begannen, gingen wir davon aus, dass der südliche Jet nur eine unbeteiligte Quelle in der Nähe sein würde und dass der größte Teil davon klein wäre. Umso überraschender war es, als das LOFAR-Bild große, detaillierte Radiostrukturen offenbarte“, sagte Teammitglied Frits Sweijen von der Durham University. „Die Natur dieser weit entfernten Quelle macht es schwierig, sie bei höheren Radiofrequenzen zu entdecken, was die Stärke von LOFAR allein und seine Synergien mit anderen Instrumenten zeigt.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Donnerstag (6. Februar) in The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
