Magnetfelder: Schlüssel für die Aktivität von supermassiven Schwarzen Löchern?

14. November 2018 /

Magnetfelder: Schlüssel für die Aktivität von supermassiven Schwarzen Löchern?

Einer der zuverlässigsten Hinweise darauf, dass sich im Zentrum einer Galaxie ein supermassives Schwarzes Loch befindet, sind gebündelte Materieausströmungen - sogenannte Jets. Einige Schwarze Löcher sind extrem aktiv, verschlingen das Material aus ihrer Umgebung und feuern Hochgeschwindigkeits-Jets ab, während andere ruhig und untätig ihr Dasein fristen. Aber warum ist das so? Warum sind einige Schwarze Löcher so gierig, während andere fast verhungern? Das anerkannte Modell, das die Eigenschaften aktiver Galaxien erklären soll, besagt, dass das Zentrum von einem Donut-förmigen Staubring umgeben ist, einem sogenannten Torus. Wie diese Staubstrukturen entstehen und vor allem wie sie erhalten bleiben, war bislang nicht klar.

Einer der zuverlässigsten Hinweise darauf, dass sich im Zentrum einer Galaxie ein supermassives Schwarzes Loch befindet, sind gebündelte Materieausströmungen - sogenannte Jets. Einige Schwarze Löcher sind extrem aktiv, verschlingen das Material aus ihrer Umgebung und feuern  Hochgeschwindigkeits-Jets ab, während andere ruhig und untätig ihr Dasein fristen. Aber warum ist das so? Warum sind einige Schwarze Löcher so gierig, während andere fast verhungern? Das anerkannte Modell, das die Eigenschaften aktiver Galaxien erklären soll, besagt, dass das Zentrum von einem Donut-förmigen Staubring umgeben ist, einem sogenannten Torus. Wie diese Staubstrukturen entstehen und vor allem wie sie erhalten bleiben, war bislang nicht klar.
Aktuelle Beobachtungen von der aktiven Galaxie Cygnus A mit SOFIA (Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie) gehen dieser Frage nach und zeigen, dass Magnetfelder dafür verantwortlich sein könnten. Demnach schließen Magnetfelder den Staub im Zentrum dieser aktiven Galaxie ein und bündeln ihn so, dass sich das supermassive Schwarze Loch an diesem Material bedienen kann. Tatsächlich scheint einer der fundamentalen Unterschiede zwischen aktiven Galaxien wie Cygnus A und ihren weniger aktiven Verwandten, wie unserer eigenen Milchstraße, das Vorhandensein oder Fehlen eines starken Magnetfeldes um das Schwarze Loch zu sein.

Zwar haben Astronomen solche kosmischen Magnetfelder bereits mit Hilfe polarisierter Strahlung im optischen sowie im Radiobereich vermessen, aber diese Wellenlängen sind entweder zu kurz oder zu lang, um den Staubtorus direkt beobachten zu können. Die von SOFIA beobachteten infraroten Wellenlängen dagegen sind ideal für derartige Untersuchungen. Die neue hochauflösende Kamera HAWC+ (High-resolution Airborne Wideband Camera-plus) an Bord von SOFIA ist zudem besonders empfindlich für polarisierte Infrarotemission von Staubteilchen, die durch Magnetfelder ausgerichtet sind. Aktuelle Beobachtungen des Zentrums von Cygnus A mit HAWC+ von einem Forscherteam um Enrique Lopez-Rodriguez, Wissenschaftler am SOFIA Science Center, zeigen tatsächlich Infrarotstrahlung, die von einer gut ausgerichteten staubigen Struktur dominiert wird. Durch die Kombination dieser Ergebnisse mit Archivdaten der Weltraumteleskope Herschel und Hubble sowie des Gran Telescopio Canarias konnten die Astronomen zeigen, dass diese gewaltige aktive Galaxie mit ihren charakteristischen Jets in der Lage ist, den verdunkelnden Staubtorus mit Hilfe von Magnetfeldern im Innern der Galaxie zu halten und somit das supermassive Schwarze Loch im Zentrum zu füttern. "Es ist immer aufregend, etwas völlig Neues zu entdecken", meint Enrique Lopez-Rodriguez. "Unsere Beobachtungen von HAWC+ sind einzigartig. Sie zeigen uns, wie die Infrarotpolarisation zur Erforschung von Galaxien beitragen kann."
Da Cygnus A die nächstgelegene, mächtigste aktive Galaxie ist, ist sie der perfekte Ort, um die Eigenschaften  supermassiver Schwarzer Löcher und den Einfluss, den Staubringe und Magnetfelder dabei haben, zu untersuchen. Allerdings sind weitere Beobachtungen von anderen Galaxien notwendig, um das Bild zu vervollständigen, wie Magnetfelder die Entwicklung der Umgebung um supermassive Schwarze Löcher im Detail beeinflussen. Wenn HAWC+ stark polarisierte Infrarotemissionen in den Zentren anderer aktiver Galaxien messen würde, aber nicht in ruhigen Galaxien, würde dies bedeuten, dass Magnetfelder die Fütterung von Schwarzen Löchern regulieren können. Das aktuell anerkannte Modell zu aktiven Galaxien wäre dadurch bestätigt.

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Dörte Mehlert, Email: mehlert@dsi.uni-stuttgart.de; Tel.:0711 - 685-69632
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