Neue Erkenntnisse über den Jet des Schwarzen Lochs M87*

FRANKFURT / LONDON (IT BOLTWISE) – Wissenschaftler der Goethe-Universität Frankfurt haben mit Hilfe von Supercomputern neue Einblicke in die Entstehung des 5000 Lichtjahre langen Jets des Schwarzen Lochs M87* gewonnen. Diese Entdeckung könnte unser Verständnis der Dynamik relativistischer Plasmen revolutionieren. Die Simulationen zeigen, dass neben Magnetfeldern auch die magnetische Rekonnexion eine entscheidende Rolle spielt.

Im Zentrum der Riesengalaxie M87 befindet sich das Schwarze Loch M87*, das mit etwa 6,5 Milliarden Sonnenmassen eine beeindruckende Größe aufweist. Seit seiner Entdeckung im Jahr 1918 durch den Astronomen Heber Curtis fasziniert der aus dem Zentrum schießende Jet die Wissenschaft. Dieser Strahl erstreckt sich über rund 5000 Lichtjahre und erreicht nahezu Lichtgeschwindigkeit. Lange Zeit war unklar, wie dieser Jet entsteht, doch nun liefern neue Simulationen der Goethe-Universität Frankfurt entscheidende Erkenntnisse.

Die Forscher um Professor Luciano Rezzolla haben mit einem neu entwickelten Supercomputer-Code, dem „Frankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes (FPIC)“, die zugrunde liegenden Prozesse des Jets untersucht. Dabei zeigt sich, dass nicht nur Magnetfelder, sondern auch die magnetische Rekonnexion eine zentrale Rolle spielen. Diese Prozesse sind entscheidend für das Verständnis der komplexen Dynamik relativistischer Plasmen in der Nähe kompakter Objekte, die durch das Zusammenspiel extremer Gravitations- und Magnetfelder bestimmt werden.

Der Blandford-Znajek-Mechanismus, der bisher als Hauptantrieb für die Energieextraktion aus rotierenden Schwarzen Löchern galt, wird durch die neuen Erkenntnisse ergänzt. Die Simulationen zeigen, dass magnetische Rekonnexion, bei der Magnetfeldlinien aufreißen und sich neu verbinden, gespeicherte Energie freisetzt. Diese Energie wird in Form von Wärme, Strahlung und Plasmaeruptionen freigesetzt, was zur Verstärkung des Jets beiträgt.

Die Berechnungen, die auf den Supercomputern „Goethe“ in Frankfurt und „Hawk“ in Stuttgart durchgeführt wurden, verschlingen Millionen Stunden Rechenzeit. Nur mit dieser Rechenpower lassen sich die komplexen Gleichungen der Elektrodynamik und der Allgemeinen Relativitätstheorie verknüpfen. Die Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten, die extremen Leuchtkräfte aktiver Galaxienkerne und die Beschleunigung von Teilchen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit zu erklären.

Jets wie der von M87* sind keine exotischen Nebensächlichkeiten. Sie beeinflussen das Wachstum von Galaxien, die Verteilung von Gas und die Entstehung neuer Sterne. Wer versteht, wie sie entstehen, versteht auch ein Stück weit die Entwicklung des Universums. Die Arbeit der Frankfurter Forscher trägt dazu bei, die Effizienz der Energieextraktion aus rotierenden Schwarzen Löchern und deren Kanalisation in Jets besser zu verstehen.

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