Seit mehr als einem Jahrhundert beobachten Astronomen den leuchtenden Materiestrahl, der aus dem Kern der riesigen elliptischen Galaxie M87 entweicht. Das James-Webb-Weltraumteleskop hat nun die schärfste Infrarotaufnahme dieses Phänomens geliefert, die je erhalten wurde.
Diese Beobachtung enthüllt bisher unbekannte Details über den vom zentralen Schwarzen Loch angetriebenen Jet, einschließlich der Entdeckung seines schwer fassbaren Zwillings, der sich in die entgegengesetzte Richtung erstreckt. Das aufgenommene Bild zeigt ein leuchtendes rosafarbenes Band, das sich vor einem violetten nebligen Hintergrund entfaltet, mit hellen Knoten, die Bereiche markieren, in denen Teilchen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit erreichen.
Das James-Webb-Teleskop enthüllt den Jet von M87 (rosa), der sich vor einem violetten Hintergrund erstreckt, mit Knoten, Verdrehungen und sogar einem schwachen Gegenjet, der vom galaktischen Schwarzen Loch ausgeht.
Quelle: Jan Röder, Maciek Wielgus et al., Astronomy & Astrophysics (2025) Zum ersten Mal im Infrarotlicht hat Webb den Gegenjet eingefangen, der etwa 6.000 Lichtjahre vom Schwarzen Loch entfernt liegt. Diese Struktur erscheint extrem schwach und schwer zu erkennen, da sie sich mit einer Geschwindigkeit nahe der Lichtgeschwindigkeit von uns entfernt, was ihre Strahlung diskreter macht. Die Galaxie M87, 55 Millionen Lichtjahre entfernt und im 18. Jahrhundert von Charles Messier entdeckt, beherbergt in ihrem Zentrum das supermassereiche Schwarze Loch M87*, das 2019 durch seine erste direkte "Fotografie" berühmt wurde.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Jan Röder verwendete das NIRCam-Instrument des Webb-Teleskops, um den Jet in vier verschiedenen Infrarotbändern abzubilden. Durch sorgfältiges Subtrahieren des Lichts von Sternen, Staub und Hintergrundgalaxien erhielten die Wissenschaftler das bisher detaillierteste Infrarotporträt des M87-Jets. In der Nähe des Galaxienkerns nimmt der Jet eine helikale Form mit komplexen Strukturen an, die die Dynamik der Teilchen offenbaren.
Die neuen Daten bestätigen, dass der Jet durch Synchrotronstrahlung leuchtet, eine Art von Licht, das von geladenen Teilchen emittiert wird, die sich in Magnetfeldern spiralförmig bewegen. Durch die Analyse der subtilen Farbvariationen über die verschiedenen Infrarotbänder hinweg konnte das Team nachvollziehen, wie sich die Teilchen entlang des Jets beschleunigen, abkühlen und verdrehen. Diese Beobachtungen liefern wertvolle Einblicke in die extremen physikalischen Prozesse in der Nähe supermassereicher Schwarzer Löcher.
Diese kosmischen Jets sind natürliche Laboratorien, um die Physik der extremsten Umgebungen des Universums zu studieren. Angetrieben durch die Energie supermassereicher Schwarzer Löcher können sie Teilchen auf Energien beschleunigen, die weit über dem liegen, was wir auf der Erde erzeugen können. Das Verständnis dieser Phänomene hilft Astronomen, die Geheimnisse des Einflusses Schwarzer Löcher auf ihre Wirtsgalaxien und die Verteilung von Materie im intergalaktischen Raum zu entschlüsseln.
Die Synchrotronstrahlung
Synchrotronstrahlung ist eine besondere Art von Licht, die emittiert wird, wenn geladene Teilchen wie Elektronen sich mit relativistischen Geschwindigkeiten in einem Magnetfeld bewegen. Im Gegensatz zur thermischen Strahlung, die durch Hitze erzeugt wird, resultiert diese Strahlung aus der Beschleunigung von Teilchen, die unter dem Einfluss magnetischer Kräfte gekrümmte Bahnen verfolgen.
Dieses Phänomen tritt natürlich im Weltraum um extreme astrophysikalische Objekte wie Schwarze Löcher auf, wird aber auch auf der Erde in spezialisierten Anlagen namens... Synchrotrons nachgebildet. Diese großen wissenschaftlichen Instrumente ermöglichen es Forschern, die Struktur der Materie auf atomarer und molekularer Ebene mithilfe dieser intensiven Strahlung zu untersuchen.
Im Fall des M87-Jets ermöglicht die Synchrotronstrahlung Astronomen, die Struktur der Magnetfelder zu kartieren und zu verstehen, wie Energie vom Schwarzen Loch auf den Jet übertragen wird. Die Farbe und Intensität dieses Lichts geben Aufschluss über die Geschwindigkeit der Teilchen und die Stärke der vorhandenen Magnetfelder.
Die Untersuchung dieser Strahlung in verschiedenen Spektralbereichen, vom Infrarot bis zu Röntgenstrahlen, bietet einen umfassenden Einblick in die Teilchenbeschleunigungsprozesse im Universum und enthüllt Details, die mit anderen Methoden nicht beobachtet werden können.
Quelle: Astronomy and Astrophysics