Ein von einer hellen Scheibe umgebener dunkler Körper, von dem nach oben und nach unten Strahlen ausgehen. Rechts davon ein Stern, von dem Gas zu der Scheibe strömt.

Woraus Materiestrahlen Schwarzer Löcher bestehen

Schwarze Löcher schleudern einen Teil der von ihnen angesaugten Materie in stark gebündelten Teilchenstrahlen, sogenannten Jets, wieder ins All hinaus. Ein internationales Astronomenteam beobachtete nun ein Schwarzes Loch mit der mehrfachen Sonnenmasse und fand heraus, das die zugehörigen Jets aus Protonen und elektrisch positiv geladenen Atomen bestehen. Dieser Befund sollte sich auch auf die Jets anderer Schwarzer Löcher übertragen lassen, so die Forscher im Fachblatt „Nature“.

„Wir beobachten seit Jahrzehnten die Materiestrahlen von Schwarzen Löchern“, erläutert María Díaz Trigo von der Europäischen Südsternwarte ESO, „aber wir wissen immer noch nicht genau, woraus sie bestehen und was sie antreibt.“ Ihr Teamkollege James Miller-Jones vom International Centre for Radio Astronomy Research im australischen Perth ergänzt: „Es ist zwar seit Langem klar, dass die Jets auch Elektronen enthalten, aber sie sind nicht negativ geladen – es muss in ihnen also auch Materie mit positiver Ladung geben.“ Infrage kommen dafür einerseits Positronen, die positiv geladenen Antiteilchen der Elektronen, andererseits Protonen und ionisierte Atome schwererer Elemente.

Ein von einer hellen Scheibe umgebener dunkler Körper, von dem nach oben und nach unten Strahlen ausgehen. Rechts davon ein Stern, von dem Gas zu der Scheibe strömt.
System aus Schwarzem Loch und Stern

Trigo und ihre Kollegen beobachteten nun das Schwarze Loch 4U 1630-47 während eines Strahlungsausbruchs gleichzeitig im Radiobereich mit dem Australia Telescope Compact Array und im Röntgenbereich mit dem europäischen Röntgensatelliten XMM-Newton. Dabei konnten sie die typische Strahlung von elektrisch positiv geladenen Nickel- und Eisenionen nachweisen, die sich mit zwei Dritteln der Lichtgeschwindigkeit in entgegengesetzte Richtungen von dem Schwarzen Loch fortbewegen. Die Forscher folgern daraus, dass die Strahlung aus den beiden Jets stammt, die von den beiden Polen des Schwarzen Lochs aus ins All schießen.

Demnach, so die Wissenschaftler weiter, stößt das Schwarze Loch in den Materiestrahlen ionisiertes Gas aus, das es zuvor mit seiner Schwerkraft angezogen hat. Das Gas sammelt sich zunächst in einer rotierenden Scheibe und strömt von dort langsam auf das Schwarze Loch zu. Da Gaswolken im Weltall überwiegend aus Wasserstoff bestehen und nur einen geringen Anteil an schwereren Elementen wie Nickel und Eisen enthalten, gehen Trigo und ihre Kollegen davon aus, dass auch die Jets überwiegend aus Protonen bestehen, also aus den Atomkernen von Wasserstoff. Die Forscher betonen, dass Schwarze Löcher mit Protonen und Atomen sehr viel mehr Energie an ihre Umgebung abgeben können als mit den leichteren Positronen.