Detailliertes Bild zeigt ungewöhnliche Struktur des ausgestoßenen Plasmastrahls – Im Galaxienkern werden zwei miteinander verschmelzende, supermassereiche Schwarze Löcher vermutet

Seit mehr als 150 Jahren gibt die rund fünf Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie OJ 287 mit ihren Helligkeitsschwankungen Astronomen Rätsel auf und fasziniert gleichermaßen, denn in ihrem Kern werden zwei miteinander verschmelzende, supermassereiche Schwarze Löcher vermutet. Einem internationalen Forschungsteam unter Leitung von Dr. Efthalia Traianou von der Universität Heidelberg ist es nun gelungen, ein Bild mit besonderer Detailtiefe vom Inneren der Galaxie aufzunehmen. Die bahnbrechende, mithilfe eines Weltraum-Radioteleskops erzeugte Aufnahme zeigt ein bislang unbekanntes, stark gekrümmtes Segment des Plasmastrahls, der aus dem Zentrum der Galaxie geschleudert wird. Sie liefert neue Erkenntnisse zu den extremen Bedingungen, die im Umfeld von supermassereichen Schwarzen Löchern herrschen.

Der Kern der Galaxie OJ 287 gehört zur Klasse der Blazare, die hohe Aktivität und auffällige Leuchtkraft aufweisen. Die treibenden Kräfte dieser aktiven galaktischen Zentren sind Schwarze Löcher. Sie saugen Materie aus ihrer Umgebung ein und können sie in Form von riesigen Plasmastrahlen – sogenannten Jets aus kosmischer Strahlung, Hitze, schweren Atomen und Magnetfeldern – wieder ausstoßen. „Eine solche Struktur, wie sie auf dem neuen Bild zu sehen ist, haben wir in der Galaxie OJ 287 in diesem Detail noch nicht beobachtet“, betont Dr. Traianou, die als Postdoktorandin in der Forschungsgruppe von Dr. Roman Gold am Interdisziplinären Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen der Universität Heidelberg forscht.

Die bis tief in das Zentrum der Galaxie reichende Aufnahme enthüllt erstmals die scharf gekrümmte, bandförmige Struktur des Jets; zudem ermöglicht sie neue Rückschlüsse auf die Beschaffenheit und das Verhalten des Plasmastrahls. So sind einige Regionen heißer als zehn Trillionen Grad Kelvin – ein Hinweis auf extreme Energie und Bewegung, wie sie in unmittelbarer Nähe eines Schwarzen Lochs freigesetzt wird. Darüber hinaus gelang es den Wissenschaftlern, die Entstehung, Ausbreitung und Kollision einer neuen Schockwelle entlang des Jets zu beobachten und einer außergewöhnlichen, aus dem Jahr 2017 stammenden Messung von Gammastrahlen mit einer Energie im Trillionen-Elektronenvolt-Bereich zuzuordnen.

Entstanden ist die Aufnahme im Radiobereich mit einem Boden-Raum-Radiointerferometer, bestehend aus einem Radioteleskop im Erdorbit – einer zehn Meter langen Antenne der RadioAstron-Mission an Bord des Satelliten Spektr-R – und einem Netzwerk von 27 über die Erde verteilten bodengebundenen Observatorien. Damit konnten die Forscherinnen und Forscher ein virtuelles Weltraumteleskop erzeugen; sein Durchmesser beträgt das Fünffache des Erddurchmessers, wobei das hohe Auflösungsvermögen durch die Distanz der einzelnen Radioobservatorien zueinander zustande kommt. Die Aufnahme basiert dabei auf einer Messmethode, die sich die Wellennatur des Lichts und die damit verbundene Überlagerung von Wellen zunutze macht.

Das interferometrische Bild untermauert die Vermutung, dass sich im Inneren von Galaxie OJ 287 ein binäres supermassereiches Schwarzes Loch befindet. Gleichzeitig liefert es wichtige Informationen zu dem Einfluss, den die Bewegungen solcher Schwarzen Löcher auf die Form und Orientierung der von ihnen ausgestoßenen Plasmajets haben. „Ihre besonderen Eigenschaften macht die Galaxie zu einem idealen Kandidaten für die weitere Erforschung miteinander verschmelzender Schwarzer Löcher und die dadurch entstehenden Gravitationswellen“, so Efthalia Traianou.

An den Arbeiten beteiligt waren Institutionen aus Deutschland, Italien, Russland, Spanien, Südkorea und den USA. Sie wurden von verschiedenen Forschungs- und Fördereinrichtungen unterstützt. Die Forschungsergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ erschienen.