Der IXPE (oder Explorer 97 oder SMEX 14), ist ein Weltraumteleskop, das die italienische Raumfahrbehörde gemeinsam mit der US-Raumfahrtbehörde Nasa konstruiert hat. Es besteht aus insgesamt drei Teleskopen, die die Polarisation der kosmischen Röntgenstrahlung messen können.

Mit diesem erst im Dezember 2021 gestarteten Teleskop ist es Forschenden von der Universität Turku in Finnland nun gelungen, ein supermassereiches schwarzes Loch beim Abfeuern heftiger Stöße (sog. Jets) hochenergetischer Teilchen in den Weltraum nicht nur zu beobachten, sondern auch zu ergründen, wie dieses Abfeuern funktioniert.

Aktive Schwarze Löcher, die Jets in Richtung Erde schießen, sodass sie als helle Flecken aus Millionen oder sogar Milliarden von Lichtjahren Entfernung erscheinen, werden Blasare genannt. „Das Wort Blasar ist nur eine Bezeichnung für eine aktive Galaxie, deren Strahl zufällig auf die Erde gerichtet ist“, konkretisiert Physikprofessor Francis Halzen von der US-amerikanischen Universität Wisconsin-Madison und fügt hinzu: „Das bedeutet natürlich, dass wir genau in dem Teilchenstrahl sitzen, der von dem Schwarzen Loch auf uns geschleudert wird.“

Seit Jahren wird daran geforscht, wie das Aussenden dieser Jets funktioniert. Bereits bekannt war, dass die extremen Geschwindigkeiten der Jets und ihre dichten, säulenförmigen Strahlen etwas mit der Form der Magnetfelder um die Schwarzen Löcher zu tun haben mussten.

Mithilfe des IXPE, der die Forschenden erstmals in die Lage versetzt, mit der Hilfe polarisierter Röntgenstrahlen in den aktiven Kern eines Blasars hineinzusehen, konnten Astrophysiker Yannis Liodakis und sein Team sehen, wie sich Jets formen.

„Mit Röntgenstrahlen schaut man wirklich in das Herz der Teilchenbeschleunigung“, erläutert Liodakis: „Man schaut auf den Bereich, in dem alles passiert.“

Ausgangspunkt für Liodakis Begeisterung ist ein besonders heller Blasar namens Markarian 501, der etwa 450 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist, und im März 2022 vom IPXE untersucht wurde. Bei der Untersuchung der Jetstrahlung des Markarian 501 hatte das Team von Beginn an zwei sinnvolle Ideen.

Die eine Möglichkeit der Entstehung der hochenergetischen Jets hätte die magnetische Rekonnektion sein können. Dabei hätte es sich um den Prozess gehandelt, der das Plasma auf der Sonne beschleunigt. Entsprechend plausibel schien die Theorie. Das hätte allerdings ein bestimmtes Ergebnis bei der Polarisationsmessung bringen müssen. Dem war nicht so.

Die andere Möglichkeit hatten die Forschenden in einer Schockwelle gesehen, die Teilchen in den Jet schießt. Dort, wo der Schock ausgelöst wird, könnten die Teilchen regelrecht weggeschossen werden, wie Wasser durch die Düse eines Schlauchs.

Die Teilchen nehmen eine sehr geordnete, nach vorn gerichtete Formation ein, die mit dem Nachlassen des Vortriebs wieder in sich zerfällt. Auch dafür hatten Liodakis und sein Team ein Polarisationsmodell entwickelt.

Genau dieses Modell habe sich bestätigt, sagt er und legt sich fest: „Wir haben ein klares Ergebnis“. Das haben die Forschenden am 23. November 2022 im Wissenschaftsjournal Nature veröffentlicht.