Kosmisches Roulette
Ein internationales Forschungsteam weist erstmals die Jet-Aktivität des sekundären Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie OJ287 nach
Künstlerische Darstellung des Zentrums der Galaxie OJ287 von der Seite betrachtet mit den Schwarzen Löchern, ihren Akkretionsscheiben und Materiejets während des detektierten Ausbruchs.
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Meldung vom: | Verfasser/in: Ute Schönfelder
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Fast vier Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt im Zentrum der Galaxie OJ287 kreisen zwei riesige Schwarze Löcher umeinander, die ca. 18 Milliarden und 150 Millionen Mal massereicher sind als unsere Sonne. Das größere der beiden Schwarzen Löcher wird von einer weit ausgedehnten Akkretionsscheibe umgeben, eine rotierende Scheibe aus Materie, die auf das Schwarze Loch in ihrem Zentrum zuströmt.
Im Rahmen einer internationalen Beobachtungskampagne, an der auch die Universitäts-Sternwarte in Großschwabhausen beteiligt ist, wird die Helligkeit von OJ287 überwacht. Während eines Umlaufs, der rund 12 Jahre dauert, durchquert das masseärmere Schwarze Loch zweimal die Akkretionsscheibe des zentralen Schwarzen Lochs, wobei es zu massiven Helligkeitsausbrüchen kommt, die von der Erde aus in der Vergangenheit schon mehrmals beobachtet werden konnten. Aber auch bereits einige Monate vor dem Durchqueren der Scheibe des zentralen Schwarzen Lochs strömt Scheibenmaterial auf den Begleiter, was schließlich einen kurzzeitigen Strahlungsausbruch des Materiejets dieses Schwarzen Lochs verursacht.
Einem internationalen Forscherteam, dem auch Dr. Markus Mugrauer vom Astrophysikalischen Institut der Universität Jena angehört, ist es nun erstmals gelungen, genau solch einen Strahlungsausbruch des Jets des masseärmeren Schwarzen Lochs zu detektieren. Die Forschenden berichten darüber in der aktuellen Ausgabe der „Astrophysical Journal Letters“.
Helligkeitsausbruch zeigt sich nur für wenige Stunden
OJ287 aufgenommen an der Universitäts-Sternwarte in Großschwabhausen während des Helligkeitsausbruchs am Morgen des 12. November 2021 mit der Cassegrain-Teleskop-Kamera-II im R-Band (659 nm). Die Abbildung zeigt ein quadratisches Gesichtsfeld mit einer Kantenlänge von 7.5 Bogenminuten um die Galaxie OJ287, die sich genau in der Bildmitte befindet. Die anderen detektierten Punktquellen sind Sterne in unserer Milchstraße, die im Mittel mehrere tausend Lichtjahre von der Erde entfernt sind und damit ca. eine Million Mal näher zur Erde stehen als OJ287.
Foto: Markus Mugrauer/Universität Jena„Dieses Ereignis kann leicht verpasst werden, wenn man nicht genau weiß, wann es stattfindet“, erklärt Markus Mugrauer. Denn der Ausbruch des Jets des Schwarzen Lochs, der als rascher Anstieg und Abfall der Helligkeit von OJ287 zu erkennen ist, zeigt sich nur innerhalb von wenigen Stunden.
„Dass wir in diesem Fall den Strahlungsausbruch des Jets erfolgreich detektieren konnten, war nur möglich, da es dazu Vorhersagen gab, die sich aus der Modellierung der Dynamik dieses hochrelativistischen Binärsystems ergeben.“
Die bodengebundene Beobachtungskampagne wurde auch von Weltraumteleskopen, wie dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) und dem Neil Gehrels Swift Observatorium der NASA, unterstützt. Darüber hinaus konnte der Ausbruch durch Messungen der Polarisation des Lichts vor und nach der Eruption bestätigt werden.
R-Band Lichtkurve von OJ287 mit dem detektierten starken Helligkeitsausbruch (mit schwarzem Pfeil markiert), der am Morgen des 12. November 2021 sein Maximum erreichte.
Abbildung: Valtonen et al. 2024Eine direkte aufgelöste Beobachtung der Akkretionsscheiben in OJ287 selbst ist zum heutigen Zeitpunkt noch nicht möglich, sagt Markus Mugrauer. „Aufgrund der großen Entfernung von OJ287 wird es wahrscheinlich noch eine Weile dauern, bis die Detektionsmethoden der Astrophysik so weit entwickelt sind.“
Die beiden Schwarzen Löcher könnten ihre Existenz jedoch bald auch auf eine ganz andere Weise offenbaren. „Es wird erwartet, dass sie Gravitationswellen im Nano-Hertz-Bereich aussenden, die in den kommenden Jahren mit dem International Pulsar Timing Array, insbesondere mit dem Square Kilometre Array, nachgewiesen werden können“, erläutert der ebenfalls an der Studie beteiligte Astrophysiker Achamveedu Gopakumar vom Tata Institute of Fundamental Research in Indien. Er war zuvor wissenschaftlicher Mitarbeiter von Prof. Gerhard Schäfer am Theoretisch-Physikalischen Institut der Universität Jena und ist derzeit Vorsitzender des Indian Pulsar Timing Arrays.
Information
Original-Publikation:
Valtonen et al. Evidence of jet activity from the secondary black hole in the OJ 287 binary system, 2024, ApJL 968, L17, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad4d9bExterner Link
Markus Mugrauer, Dr.
Lehrstuhl für Astrophysik/Beobachtung und Terra-Astronomie