Eine neue Studie unter der Leitung der Curtin University und in Zusammenarbeit mit mehreren Radioteleskopen auf der ganzen Welt zeigt, dass die Energie, die von Jets Schwarzer Löcher getragen wird, äußerst erstaunlich ist. Seine Leistung kann der von 10.000 Sonnen entsprechen. Die seit langem bestehende Theorie, wie Schwarze Löcher die großräumige Struktur des Universums verändern, hat wichtige Beobachtungsunterstützung erhalten.
Der Artikel wurde in „Nature Astronomy“ veröffentlicht. Das Forschungsteam zielte auf das berühmte Röntgen-Doppelsternsystem „Cygnus X-1“, das das erste bestätigte Schwarze Loch und einen massereichen Überriesenstern enthält. Beobachtungsergebnisse zeigen, dass der von diesem System erzeugte Jet in Bezug auf die momentane Energieabgabe mit der Energie von etwa 10.000 Sonnen mithalten kann.
Um diese Messung zu erreichen, haben Wissenschaftler auf der ganzen Welt verteilte Radioteleskope miteinander verbunden, um ein Beobachtungsarray mit „Erdmaßstabs-Apertur“ aufzubauen, um die subtilen Veränderungen im Jet während der Umlaufperiode mit extrem hoher Winkelauflösung zu erfassen. Untersuchungen weisen darauf hin, dass, wenn ein Schwarzes Loch einen Begleitstern umkreist, der starke Sternwind des Überriesen kontinuierlich auf den Jet einwirkt, wodurch die Richtung des Jets abgelenkt wird und seine Flugbahn schwankt, ähnlich wie starke Winde die Wassersäule einer Fontäne stören.
Durch die gleichzeitige Analyse der Stärke des Sternwinds und der Ablenkung des Jets konnte das Team erstmals auf einer „Echtzeit“-Skala auf die Jet-Leistung schließen, anstatt wie in der Vergangenheit nur langfristige Durchschnittsschätzungen über Tausende von Jahren vorzunehmen. Die Ergebnisse zeigen, dass etwa 10 % der Energie, die beim Einsturz von Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs freigesetzt wird, vom Jet mit hoher Geschwindigkeit herausgeschleudert und in die Umgebung injiziert wird. Dieser Anteil stimmt in hohem Maße mit den seit langem in groß angelegten numerischen Simulationen des Universums häufig verwendeten Annahmen überein, konnte jedoch bisher nicht durch direkte Beobachtungen bestätigt werden.
Die Studie gibt auch einen wichtigen Parameter der Strahlgeschwindigkeit an: Das Strahlmaterial wird mit etwa der halben Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen, etwa 150.000 Kilometern (etwa 93.000 Meilen) pro Sekunde, ein Wert, der jahrzehntelang nur schwer genau zu bestimmen war. Dr. Steve Prabu, der Erstautor der Arbeit und jetzt an der Universität Oxford tätig, nennt diese Jets, die vom Sternwind ständig „angeschoben“ werden, treffend „tanzende Jets“, um die dynamische Szene ihrer ständig wechselnden Richtungen während der Umlaufbewegung der Doppelsterne zu beschreiben.
Einer der Co-Autoren, Professor James Miller-Jones vom Institute of Radio Astronomy der Curtin University und der Curtin Branch des International Center for Radio Astronomy Research, wies darauf hin, dass bisherige technische Methoden hauptsächlich die durchschnittliche Leistung des Jets über eine sehr lange Basislinie lieferten, was schwer mit der Röntgenstrahlung zu vereinbaren sei, die unmittelbar erzeugt wurde, als Materie in das Schwarze Loch fiel. Da sie in dieser Studie kontinuierlich verfolgen können, wie stark der Jet durch den Sternwind während der Umlaufperiode gebogen wird, konnten die Wissenschaftler die Jet-Energie direkt mit der Röntgenenergie auf derselben Zeitskala vergleichen.
Professor Miller-Jones betonte, dass die Theorie im Allgemeinen davon ausgeht, dass die physikalischen Prozesse in der Nähe des Schwarzen Lochs ihrer Natur nach sehr ähnlich sind, unabhängig von der Masse des Schwarzen Lochs, von stellaren Schwarzen Löchern bis hin zu supermassereichen Schwarzen Löchern. Daher stellt diese genaue Messung der Jet-Leistung von „Cygnus
Während eine neue Generation großer wissenschaftlicher Einrichtungen wie das im Bau befindliche Radioteleskop Square Kilometre Array in Westaustralien und Südafrika in Betrieb geht, erwarten Astronomen, Jet-Signale von Schwarzen Löchern von Millionen entfernter Galaxien zu erkennen. Das Forschungsteam gab an, dass sie mit dieser Benchmark-Messung von „Cygnus
Die Forschung weist darauf hin, dass Jets von Schwarzen Löchern einer der wichtigsten physikalischen Mechanismen sind, die die Umgebung verändern und die Entwicklung von Galaxien beeinflussen. Sie können Energie und Materie in den intergalaktischen Raum schleusen, die Bildung einer neuen Generation von Sternen hemmen oder auslösen und somit eine „Regulator“-Rolle in der Geschichte des Universums spielen. Diese Leistungsmessung mithilfe „tanzender Jets“ ergänzt dieses makroskopische Bild um einen soliden Beobachtungsmaßstab und dürfte zum weiteren Verständnis der Menschheit über die zentrale Rolle von Schwarzen Löchern und ihren Jets in der Entwicklung des Universums beitragen.