Der Weltraum ist riesig und voller riesiger Objekte: Asteroiden, die Planeten auf neue Entwicklungsbahnen bringen können, brodelnde Sterne und riesige Galaxien. Nun hat ein Forscherteam einige der bisher größten Objekte entdeckt: riesige Materiestrahlen, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit von einem Schwarzen Loch wegbewegen.
Mit einer Länge von 23 Millionen Lichtjahren ist der Jet des Schwarzen Lochs der größte, der jemals gesehen wurde. Wie groß sind 23 Millionen Lichtjahre? Das entspricht 140 aneinandergereihten Milchstraßen. Die Studie zeigt die Jet-Megastruktur, die nach dem mythologischen griechischen Riesen Porphyrion genannt wird veröffentlicht heute in der Natur.
„Wir legen Beweise dafür vor, dass supermassereiche Schwarze Löcher nicht nur die Galaxie, in der sie leben, dominieren, sondern auch das kosmische Netz“, sagte Martijn Oei, Forscher am California Institute of Technology und Hauptautor der Studie, am Montag in einer Pressekonferenz. Nach herkömmlicher Meinung bleiben Jets schwarzer Löcher „innerhalb oder sehr nahe an ihren Wirtsgalaxien“, fügte Oei hinzu, aber Porphyrion macht deutlich, dass sie die Größe größerer kosmischer Strukturen erreichen.
Das Porphyrion ist eine uralte Jet-Struktur aus der Zeit, als das Universum erst 6,3 Milliarden Jahre alt war (heute ist es fast 14 Milliarden Jahre alt). Oei fügte hinzu, dass, wenn Porphyrions Jet so breit ist wie unser Planet, das Schwarze Loch, das ihn antreibt, nur so breit wie eine Amöbe ist. Das ist die Größe eines sehr großen Jets.
Der Jet war in Daten einer Himmelsdurchmusterung sichtbar, die mit Europas Low Frequency ARray oder LOFAR durchgeführt wurde. Bisher wurden in LOFAR-Daten mehr als 10.000 ähnliche schwache Jet-Megastrukturen identifiziert, die etwa 15 % des Himmels bedecken. Das Team identifizierte die Quellgalaxie von Porphyrion, indem es Daten des Giant Meterewave Radio Telescope (GMRT) in Indien und des Dark Energy Spectroscopy Instrument (DESI) in Arizona untersuchte. Schließlich enthüllten Beobachtungen des Keck-Observatoriums auf Hawaii die Entfernung der Jet-Struktur von der Erde: etwa 7,5 Milliarden Lichtjahre.
Die genauen Bedingungen, unter denen Jet-Systeme wie Porphyrion entstehen, sind unklar, aber das Forschungsteam fand heraus, dass das Schwarze Loch, in dem sie sich befinden, Strahlung in den Weltraum aussendet, wenn es mit seiner immensen Gravitationskraft an nahegelegenem Material zerrt.
„Um ein System wie Porphyrion zu erschaffen, müssten wir ein sehr starkes Akkretionsereignis haben, vielleicht ein Fusionsereignis mit einer anderen Galaxie, das viel Gas mitbringt, um das Schwarze Loch zu versorgen“, sagte Martin Hardcastle, Astrophysiker an der University of Hertfordshire und einer der Autoren des Papiers, in derselben Pressekonferenz.
Illustrationen: Martijn Oei (Caltech) / Dylan Nelson (IllustrisTNG Collaboration). Einige Details werden mithilfe von KI erstellt.
„Astronomen glauben, dass sich Galaxien und die Schwarzen Löcher in ihren Zentren gemeinsam entwickeln, und ein wichtiger Aspekt dabei ist, dass Jets große Energiemengen verbreiten können, die das Wachstum ihrer Muttergalaxie und anderer nahegelegener Galaxien beeinflussen“, sagte Co-Autor George Djorgovski , ein Astronom am Caltech, in einer Mitteilung der Institution. „Diese Entdeckung legt nahe, dass die Auswirkungen möglicherweise weiter reichen, als wir dachten.“
Dasselbe Team entdeckte das frühere rekordverdächtige Jet-System und nannte es Alcyoneus, ebenfalls nach einem mythologischen Riesen. Das System ist etwa 100 Milchstraßen lang. Zusätzlich zur Magnetisierung des Universums spucken Jets wie Porphyrion und Alcyoneus so viel Energie aus, dass sie das intergalaktische Medium lokal um bis zu eine Million Grad erhitzen können, sagte Oei auf der Konferenz. Darüber hinaus können die Jets Magnetfelder erzeugen und ausstoßen, die die kosmische Leere besetzen – riesige Flächen leeren Raums, die zwischen den Ranken des kosmischen Netzes existieren.
„Wir haben Beobachtungen, dass das Universum in vielen Maßstäben magnetisiert ist. „Die gesamte Galaxie ist magnetisiert, ebenso wie die Filamente des kosmischen Netzes und die leeren Hohlräume zwischen den Filamenten“, sagte Oei. „Die Menschen interessieren sich für diesen großräumigen Magnetismus, weil er uns etwas über die Entstehung des Universums verraten könnte.“
„Alle Magnetfelder in (den kosmischen Hohlräumen) „könnten ein Spiegelbild eines Prozesses im frühen Universum sein, der uns zu neuen physikalischen Hinweisen führen könnte“, fügte er hinzu.
Neue Instrumente wie das Square Kilometre Array werden eine nützliche Möglichkeit zur Vermessung des Südens bieten (in ihrer neuesten Arbeit hat das Team nur den Nordhimmel gescannt). Darüber hinaus könnten automatisierte Methoden zur Entschlüsselung von Bildern – zum Beispiel Computer Vision oder andere KI-Techniken – die Zahl der Megastrukturen von Schwarzlochjets, die Teams entdecken können, beschleunigen.
Derzeit kennt die Gruppe etwa 10.000, aber das ist nur „ein Bruchteil dessen, was man finden kann“, sagte Oei und spekulierte, dass es dort draußen zwischen 100.000 und 1 Million solcher Jet-Strukturen geben könnte.
