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Hängen Röntgenausbruch und Radiojet eines Schwarzen Lochs zusammen?
Im Zentrum des Perseushaufens hat sich der Röntgenfluss des aktiven Galaxienkerns von NGC 1275 innerhalb weniger Tage ungefähr verdoppelt. Knapp 300 Tage später setzte auch bei 43 Gigahertz ein Radioausbruch ein. Die zeitliche Folge könnte eine Verbindung zwischen der unmittelbaren Umgebung des schwarzen Lochs und seinem Jet markieren, belegt ist sie noch nicht.
Stanford (U.S.A.). NGC 1275 liegt im Zentrum des Perseushaufens und beherbergt einen aktiven galaktischen Kern (AGN), dessen Radioquelle 3C 84 mächtige Jets erzeugt. Diese Jets blasen große Hohlräume in das heiße Gas des Galaxienhaufens. Wie Änderungen beim Einfall von Materie auf das supermassereiche schwarze Loch mit der Aktivität des Jets zusammenhängen, ist jedoch nur unvollständig geklärt.
Ein Team mit Sarah Ketchum von der University of Michigan (U-M) hat dafür fast zwei Jahrzehnte an Röntgenbeobachtungen ausgewertet. Die Arbeit liegt als frei zugängliche Vorabfassung vor und ist nach Angaben des UK Swift Science Data Centre bereits zur Veröffentlichung angenommen. Im Mittelpunkt steht ein ungewöhnlich starker Ausbruch, der im Februar 2023 begann.
Die Forscher haben 89 Beobachtungen des Neil Gehrels Swift Observatory aus den Jahren 2007 bis 2026 analysiert. Swift kann NGC 1275 zwar nicht so scharf auflösen wie größere Röntgenteleskope, dafür wurde die Galaxie häufig genug beobachtet, um langfristige Änderungen zu verfolgen. Die Messungen decken den Energiebereich von 0,3 bis 10 Kiloelektronenvolt ab.
Eine besondere Schwierigkeit ist das helle heiße Gas des Perseushaufens, das den galaktischen Kern im Röntgenlicht überlagert. Das Team modellierte deshalb den zeitlich praktisch konstanten Anteil dieses Intracluster-Mediums (ICM) und trennte ihn von der veränderlichen Strahlung des AGN. Auf diese Weise ließen sich die Flüsse des schwarzen Lochs nach Angaben der Studie typischerweise mit Fehlern von rund drei Prozent bestimmen.
Am 21. Februar 2023 sprang der Röntgenfluss auf ungefähr das Doppelte seines langjährigen Niveaus. Die gesamte auffällige Aktivitätsphase dauerte weniger als 60 Tage und bestand wahrscheinlich aus mindestens zwei starken Spitzen. Jede dieser Spitzen veränderte sich auf einer charakteristischen Zeitskala von ungefähr fünf Tagen.
Aus dieser kurzen Zeitskala leiten die Autoren eine kompakte Emissionsregion ab. Ihr Radius liegt nach der Studie höchstens bei 7,8 mal 10 hoch 15 Zentimetern. Zusammen mit dem gemessenen Röntgenspektrum spricht diese Größenordnung dafür, dass zumindest ein Teil des Ausbruchs nahe am schwarzen Loch in einer kompakten Röntgenkorona entstanden sein könnte. Prozesse weiter draußen im Jet lassen sich mit den vorhandenen Daten aber nicht ausschließen.
Auch ein Gezeitenzerreißereignis, bei dem ein Stern vom schwarzen Loch auseinandergerissen wird, passt schlecht zu den Daten. Für einen einfachen solchen Vorgang wird ein deutlich steilerer zeitlicher Abfall erwartet. Die beiden beobachteten Spitzen verblassten mit Exponenten von ungefähr minus 0,27 und minus 0,11, wesentlich langsamer als die typische Potenz von minus fünf Dritteln. Wahrscheinlicher sind daher Schwankungen der Akkretionsrate oder Prozesse im Jet.
Für den Vergleich mit der Jetaktivität zogen die Forscher langjährige Radiomessungen bei 15 und 43 Gigahertz heran. Besonders auffällig ist die höher getaktete 43-Gigahertz-Reihe. Dort stieg die Radiohelligkeit 296 Tage nach dem Beginn des Röntgenausbruchs über vier Jansky.
Dieser Abstand könnte eine Laufzeit markieren. Denkbar ist, dass eine Störung aus der Umgebung der Röntgenkorona erst später einen weiter außen liegenden, radiostarken Abschnitt des Jets erreicht. Ebenso möglich ist eine Verzögerung zwischen zwei Regionen innerhalb des Jets. Die Autoren warnen ausdrücklich vor einer eindeutigen Deutung, weil die Beobachtungen in allen Wellenlängen lückenhaft und unregelmäßig verteilt sind.