// SCINEXX — SPAZIO & SCIENZA
Röntgenausbruch nahe Schwarzem Loch ähnelt einer Sonneneruption
Aus der Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs kommen Röntgenausbrüche, deren Energiequelle noch nicht vollständig verstanden ist. In der Galaxie NGC 3783 haben Astronomen ein Strahlungsmuster entdeckt, das bislang vor allem von Sonneneruptionen bekannt war. Es deutet darauf hin, dass sich auch dort Magnetfelder schlagartig neu verbinden und dabei Energie sowie Materie freisetzen.
Haifa (Israel). Schwarze Löcher selbst senden kein Licht aus. Doch Gas, das sie umkreist und in sie hineinströmt, wird stark aufgeheizt und leuchtet auch im Röntgenbereich. Besonders rätselhaft ist die sogenannte Korona, eine kompakte Region mit extrem heißem Plasma über der Akkretionsscheibe, deren Helligkeit sich innerhalb kurzer Zeit stark verändern kann.
Bei der Sonne entstehen manche Strahlungsausbrüche, wenn Magnetfelder ihre Verbindungen ändern und gespeicherte Energie freisetzen. Dieser Vorgang heißt magnetische Rekonnexion und kann zugleich geladene Teilchen beschleunigen sowie heiße Materie ins All schleudern. Astronomen vermuten seit Langem einen ähnlichen Mechanismus in den Koronen aktiver Galaxienkerne, doch eindeutige zeitliche Indizien waren bislang rar.
Forscher des Technion – Israel Institute of Technology um Gal Vardi haben dafür nun die Röntgenstrahlung des aktiven Galaxienkerns NGC 3783 untersucht. Dessen zentrales Schwarzes Loch hat eine Masse von etwa 28 Millionen Sonnenmassen. Die Analyse stützt sich auf eine zehntägige Beobachtungskampagne im Juli 2024 mit den Röntgenweltraumteleskopen XRISM und XMM-Newton.
In den Daten fanden die Wissenschaftler mehrere Ausbrüche, die jeweils ungefähr ein bis zwei Tage dauerten. Einer unterschied sich jedoch deutlich. Bei ihm eilte die energiereichere, harte Röntgenstrahlung der weicheren im zeitlichen Verlauf um rund 30.000 Sekunden voraus. Bei den übrigen Ausbrüchen schwankten die beiden Strahlungsbereiche dagegen weitgehend im Gleichklang.
Zudem nahm die harte Strahlung nach dem Höhepunkt rasch ab, während die weichere länger anhielt. Dieses unterschiedliche Verhalten ist entscheidend, weil es Rückschlüsse auf die Energieübertragung im heißen Gas erlaubt. Die Forscher prüften dafür nicht nur die Helligkeit in beiden Energiebereichen, sondern auch, wie schnell sich die weiche Röntgenstrahlung veränderte.
Dabei zeigte sich, dass die Stärke der harten Strahlung mit der zeitlichen Zunahme der weicheren Strahlung zusammenhing. Dieses als Neupert-Effekt bekannte Muster wurde bereits 1968 bei Ausbrüchen auf der Sonne beschrieben. Dort entsteht es, wenn beschleunigte Teilchen zunächst energiereiche Strahlung erzeugen und ihre Energie anschließend an Plasma abgeben, das länger anhaltend weichere Strahlung aussendet.
Die Lichtkurven stimmten bei der gesuchten Beziehung auffällig gut überein, mit einem Korrelationswert von 0,84. Auch die unabhängig mit XMM-Newton erfassten Daten desselben Ausbruchs zeigten dieses Muster. Veränderungen der Absorption und gewöhnliche Reflexion können den beobachteten Verlauf laut der Analyse nicht ausreichend erklären.
Das spricht dafür, dass Magnetfeldlinien nahe dem Schwarzen Loch ähnlich wie bei Sonnenausbrüchen aufbrechen und sich neu verbinden. Die beschleunigten Teilchen und das dadurch aufgeheizte Gas würden dann nacheinander die unterschiedlichen Röntgensignale erzeugen. Ein direktes Bild der Magnetfelder ist das allerdings nicht, denn die beteiligten Strukturen lassen sich in der fernen Galaxie nicht räumlich auflösen.
Zum besonderen Ausbruch gehört zudem ein Gasstrom, der mit ungefähr 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit vom Schwarzen Loch wegflog. Dieser sogenannte ultraschnelle Ausfluss war bereits in einer früheren Auswertung derselben Beobachtungskampagne beschrieben worden. In der neuen Analyse deuten die Forscher ihn als mögliches Gegenstück zu den koronalen Massenauswürfen der Sonne, die häufig mit magnetischen Eruptionen verbunden sind.