Materiejets aus schwarzem Loch: Schneller als das Licht?

Das schwarze Loch stößt Materie mit einer Geschwindigkeit aus, die wie Überlichtgeschwindigkeit aussieht.

Ein Bericht von Andreas Lutter veröffentlicht am 29. Juni 2020, 8:02 Uhr

MAXI J1820+070 (Bild: X-ray: NASA/CXC/Université de Paris/M. Espinasse et al.; Optical/IR:PanSTARRS)

Manche Beobachtungen in der Astronomie kommen nicht sehr häufig vor oder sind sogar einzigartig. Ein Team von Wissenschaftlern der Université de Paris unter der Leitung von Mathilde Espinasse hat mit dem weltraumgebundenen Röntgenteleskop Chandra einen solchen sehr seltenen Vorgang in einem Doppelsystem namens Maxi J1820+070 beobachtet. Das dort befindliche schwarze Loch ist acht Sonnenmassen schwer und arbeitet sich an seinem Begleiter, einem Stern, ab. Das Resultat: Das schwarze Loch stößt Jets mit scheinbarer Überlichtgeschwindigkeit aus.

Das Objekt ist 10.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, es handelt sich um ein sogenanntes stellares schwarzes Loch. Der zweite Himmelskörper in diesem System ist ein Stern mit einer halben Sonnenmasse, er umkreist die Singularität. Wegen seiner starken Gravitation zieht das schwarze Loch Material von diesem stellaren Begleiter an sich. Dieses Material hat die Form einer Scheibe, rotiert um ein zentrales Objekt und bewegt sich in Richtung des schwarzen Lochs. In der Astronomie wird dieser Vorgang als Akkretion bezeichnet. Das Material wird während des Akkretionsvorgangs stark erhitzt und gibt Röntgenstrahlung ab.

Die Akkretion spielte sich in einem Zeitraum von 210 Tagen ab, der Vorgang wurde von November 2018 bis Juni 2019 in mehreren Bildern vom Chandra X-Ray Observatory aufgenommen und als Video bereitgestellt.

Akkretierende schwarze Löcher

Während ein Teil der Sternmaterie die Grenze überquert, die Ereignishorizont genannt wird, welchem sich wegen der starken Gravitation des schwarzen Lochs weder Materie noch Licht entziehen können, wird der andere Teil des stellaren Materials in Form von zwei Materiejets weggeschleudert. Die Materiestrahlen bewegen sich in entgegengesetzte Richtungen und werden von außerhalb des Ereignishorizonts entlang extrem starker Magnetlinien ins Weltall abgefeuert.

Das von den Astronomen auf Basis von Chandras Beobachtungen erstellte Video wiederholt vier Aufnahmen. Day 0, also Tag 0, entspricht dem ersten Tag der Beobachtung, die vier Monate nach dem Ausstoß der Materiestrahlen getätigt wurde. Das System Maxi J1820+070 stellt die helle Röntgenquelle in der Mitte des Bildes dar. Die aus ihm hervorgehenden Jets bewegen sich nach Norden und Süden vom schwarzen Loch weg, besitzen eine hohe Temperatur und können von Chandra im Röntgenbereich des elektromagnetischen Spektrums beobachtet werden. Der Jet in südlicher Richtung ist nur sehr schwach ausgeprägt, während der nördliche auffallend hell leuchtet.

Jets mit Überlichtgeschwindigkeit?

Doch wie schnell bewegen sich die Jets vom schwarzen Loch weg? Aus der Perspektive der Erde gesehen wird der nördliche Strahl mit 60 Prozent der Lichtgeschwindigkeit abgestoßen, während der südliche scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit ins Weltall schießt.

Überlichtgeschwindigkeit klingt nach Science-Fiction, ist doch nach jetzigem Wissensstand die Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante die Obergrenze für jede Geschwindigkeit im Universum. Das Phänomen wird von Astronomen jedoch häufiger beobachtet: bei Radiogalaxien, sehr aktiven galaktischen Kernen und bei Quasaren und Mikroquasaren.

Maxi J1820+070 zählt zur Kategorie der Mikroquasare, da das schwarze Loch in diesem System ein paar Sonnenmassen hat. Die Überlichtgeschwindigkeit ist aber nur eine scheinbare: Sie tritt auf, wenn schwarze Löcher mit im Spiel sind, Materie verschlingen und Jets mit sehr hoher Geschwindigkeit in Richtung eines Beobachters ausstoßen. In Wirklichkeit werden beide Materiejets mit 80 Prozent der Lichtgeschwindigkeit oder 804 Millionen km/h ins Weltall ausgestoßen.