Wie Schwarze Löcher mächtige Jets erzeugen: Neue Erkenntnisse aus Frankfurt

FRANKFURT / LONDON (IT BOLTWISE) – Forscher der Goethe-Universität Frankfurt haben mit hochpräzisen Simulationen neue Einblicke in die Entstehung mächtiger Jets aus Schwarzen Löchern gewonnen. Diese Jets, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden, spielen eine entscheidende Rolle bei der Verteilung von Energie und Materie im Universum. Die Ergebnisse könnten das Verständnis der Dynamik von Galaxien revolutionieren.

Die Entstehung mächtiger relativistischer Jets aus Schwarzen Löchern ist ein faszinierendes Phänomen, das Wissenschaftler seit Jahrzehnten beschäftigt. Forscher der Goethe-Universität Frankfurt haben nun mit Hilfe komplexer Simulationen neue Erkenntnisse gewonnen, die unser Verständnis dieser kosmischen Ereignisse erheblich erweitern könnten. Im Zentrum ihrer Untersuchungen steht das Schwarze Loch M87*, das sich im Herzen der Riesengalaxie M87 befindet und mit einer Masse von 6,5 Milliarden Sonnenmassen rotiert.

Bereits 1918 entdeckte der Astronom Heber Curtis einen seltsamen Strahl, der aus dem Zentrum der Galaxie M87 herausragt. Heute wissen wir, dass es sich dabei um einen Jet handelt, der von dem Schwarzen Loch M87* ausgestoßen wird. Solche Jets sind nicht nur beeindruckend in ihrer Größe, sondern auch in ihrer Geschwindigkeit, da sie sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit über tausende von Lichtjahren erstrecken. Die Energie, die für diesen Prozess benötigt wird, stammt aus der Rotation des Schwarzen Lochs selbst.

Das Team um Prof. Luciano Rezzolla hat einen numerischen Code entwickelt, den sogenannten Frankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes (FPIC), der es ermöglicht, die Umwandlung von Rotationsenergie in Teilchenstrahlen mathematisch präzise zu beschreiben. Neben dem bekannten Blandford-Znajek-Mechanismus, der starke Magnetfelder als Hauptakteure bei der Energieumwandlung identifiziert, entdeckten die Forscher, dass auch die magnetische Rekonnexion eine entscheidende Rolle spielt. Dieser Prozess führt zur Umwandlung von magnetischer Energie in Wärme und Strahlung, was die Jets zusätzlich antreibt.

Die Simulationen erforderten den Einsatz leistungsstarker Supercomputer, um die komplexen Gleichungen der Allgemeinen Relativitätstheorie und der Elektrodynamik zu lösen. Dabei zeigte sich, dass in der Äquatorebene des Schwarzen Lochs intensive Rekonnexionsaktivitäten stattfinden, die zur Bildung einer Kette von Plasmoiden führen. Diese Plasmoiden sind kondensierte Plasma-Energieblasen, die sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegen und zur Erzeugung der Jets beitragen. Die Ergebnisse der Frankfurter Forscher eröffnen neue Perspektiven für das Verständnis der Dynamik von Galaxien und könnten langfristig dazu beitragen, die extremen Leuchtkräfte aktiver Galaxienkerne besser zu erklären.

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