Schnelle, magnetische Wellen von einem entfernten supermassiven Schwarzen Loch schwingen hin und her wie eine Peitsche, deren Griff von einer riesigen Hand geführt wird. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie unter Verwendung von Daten des Very Long Baseline Array des National Radio Astronomy Observatory. Wissenschaftler haben dieses Instrument genutzt, um das Galaxie/Schwarzes-Loch-System namens BL Lacertae (BL Lac) in hoher Auflösung zu untersuchen.
„Die Wellen werden durch eine Schüttelbewegung des Jets an seiner Basis angeregt“, sagte David Meier, ein jetzt im Ruhestand befindlicher Astrophysiker vom Jet Propulsion Laboratory der NASA und dem California Institute of Technology in Pasadena. Die Ergebnisse des Teams wurden detailliert in der Astrophysical Journal-Ausgabe vom 10. April 2015 beschrieben und markieren das erste Mal, dass sogenannte Alfvén-Wellen (ausgesprochen Alf-vain) in einem Schwarzen-Loch-System identifiziert wurden.
Alfvén-Wellen entstehen, wenn magnetische Feldlinien – wie beispielsweise jene von der Sonne oder einer Scheibe um ein Schwarzes Loch – mit geladenen Teilchen (Ionen) interagieren und verdreht oder in eine Spiralform aufgewickelt werden. Im Fall von BL Lacertae liegen die Ionen in der Form von Teilchenjets vor, die das Schwarze Loch mit annähernd Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen fortkatapultiert.
„Stellen Sie sich einen Wasserschlauch vor, der durch einen langgezogenen Slinky verläuft“, sagte der Erstautor Marshall Cohen, ein Astronom am Caltech. „Eine seitliche Störung an einem Ende des Slinkys wird eine Welle erzeugen, die sich zum anderen Ende bewegt, und wenn der Slinky hin- und herschwingt, hat der Schlauch in seinem Zentrum keine andere Wahl als sich mit ihm zu bewegen.“
Etwas Vergleichbares geschieht in BL Lacertae. Die Alfvén-Wellen sind das Analogon zu den sich ausbreitenden Seitwärtsbewegungen des Slinkys, und wenn sich die Wellen entlang der magnetischen Feldlinien ausbreiten, dann können sie die Feldlinien – und die von ihnen eingeschlossenen Teilchenjets – ebenfalls in Bewegung versetzen.
Teilchenjets von Schwarzen Löchern krümmen sich häufig, und manche schwingen sogar vor und zurück. Aber diese Bewegungen finden normalerweise in Zeitperioden von tausenden oder Millionen Jahren statt. „Was wir beobachten, geschieht innerhalb von Wochen“, sagte Cohen. „Einmal im Monat machen wir Aufnahmen, und die Position der Wellen ist in jedem Monat anders.“ Meier ergänzte: „Durch die Analyse dieser Wellen sind wir in der Lage, die inneren Eigenschaften des Jets zu bestimmen. Das wird uns letztendlich helfen zu verstehen, wie die Jets von Schwarzen Löchern produziert werden.“
Aus der Perspektive der Astronomen auf der Erde scheinen sich die Alfvén-Wellen, die von BL Lacertae ausgehen, interessanterweise fünfmal schneller als das Licht zu bewegen, aber das ist nur eine optische Illusion. Die Illusion ist schwer zu verdeutlichen, aber sie hat mit der Tatsache zu tun, dass sich die Wellen mit fast Lichtgeschwindigkeit geringfügig aus unserer Sichtlinie heraus bewegen. Bei diesen hohen Geschwindigkeiten verlangsamt sich die Zeit, was die Wahrnehmung dessen beeinträchtigen kann, wie schnell die Wellen wirklich sind.
Zu den anderen Caltech-Autoren der Studie gehört unter anderem Talvikki Hovatta (eine frühere Postdoktorandin). Ebenfalls an der Studie beteiligt waren Wissenschaftler der Universität Köln und des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Deutschland, des Isaac Newton Institute in Chile, der Aalto University in Finnland, des Astro Space Center des Lebedev Physical Institute, des Pulkovo Observatory, des Crimean Astrophysical Observatory in Russland, der Purdue University in Indiana und der Denison University in Granville (Ohio). Das Caltech leitet das JPL für die NASA.
Quelle: http://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4654
(THK)
Antworten