Der Radiofilm des Jets: ein neues Bild der Plasmaströme um ein supermassereiches Schwarzes Loch

Siebenundzwanzig Jahre der Beobachtung einer der hellsten aktiven Galaxien des Universums haben sich endlich zu einem zusammenhängenden Bild gefügt. Der Blasar 3C 345, der in einer Entfernung von etwa fünf Milliarden Lichtjahren liegt, blieb lange Zeit ein Objekt aufmerksamer Beobachtung. Sein relativistischer Strahl, ausgestoßen von einem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum, wies helle „Knoten“ auf, die scheinbar mit Überlichtgeschwindigkeit dahinrasten. Jahrzehntelang erklärten Astronomen sie als Stoßwellen – Verdichtungsfronten des Plasmas, die den Strahl schneller als die umgebende Materie durchliefen. Eine neue, in Nature veröffentlichte Arbeit zeigt, dass dieses vertraute Bild, zumindest für 3C 345, der Überprüfung nicht standhält.

Das Forscherteam setzte den Algorithmus kine ein – eine neuronale Netzwerk­methode, die vereinzelte Radioaufnahmen in ein zusammenhängendes polarisiertes Video verwandeln kann. Grundlage waren 116 Beobachtungen, die von 1995 bis 2022 mit dem VLBA-Netzwerk im Rahmen des Programms MOJAVE bei einer Frequenz von 15 GHz durchgeführt wurden. Der Algorithmus verarbeitet alle Daten gleichzeitig, berücksichtigt räumlich-zeitliche Zusammenhänge und liefert ein glattes Modell, das sich zu jedem Zeitpunkt „abspielen“ lässt. Das Ergebnis ist beeindruckend: Die Auflösung stieg im Vergleich zu traditionellen Methoden um etwa das Vierfache, und der Dynamikbereich wuchs um fast das 140-Fache. Statt einzelner heller Flecken sahen die Wissenschaftler einen ganzheitlichen Plasmastrom und konnten dessen lokale Geschwindigkeit an jedem Punkt des Strahls messen.

Das Video zeigte, dass sich die hellen Knoten ungefähr mit derselben Geschwindigkeit bewegen wie das umgebende Plasma. Es fand sich kein merklicher Vorsprung, wie er für Stoßwellen erforderlich wäre. Darüber hinaus fielen die Helligkeitsmaxima nicht mit den Polarisationsmaxima zusammen – ein weiteres Argument gegen die klassische Interpretation. Die Polarisationsdaten deuten eher auf lokal verstärkte Magnetfelder hin, deren Helligkeit sich durch die Bewegungsrichtung zusätzlich erhöht. Das Plasma strömt kontinuierlich aus einem kompakten Kern und stößt mitunter einzelne helle Strukturen aus, die zunächst nahezu ballistisch fliegen, dann sanft entlang der Strahlachse abdrehen und sich in einem diffusen „Schweif“ auflösen.

Diese Entdeckung betrifft vorerst nur 3C 345. Die Autoren betonen, dass man die Schlussfolgerungen nicht automatisch auf alle Jets aktiver Galaxienkerne übertragen sollte. Dennoch ist die Methode bereits einsatzbereit für die Archive von Hunderten von Objekten. Sollte sich ein ähnliches Bild wiederholen, könnten sich die Vorstellungen davon, wie supermassereiche Schwarze Löcher Materie beschleunigen und strukturieren, ernsthaft verändern.

Hinter den Zahlen und Algorithmen steht etwas Größeres. Vor Milliarden Jahren gebar in einer fernen Galaxie die auf ein Schwarzes Loch fallende Materie einen schmalen relativistischen Strahl, der noch heute den intergalaktischen Raum durchquert. Wir, die wir auf einem winzigen Planeten leben, konnten mit Hilfe von über die Erde verteilten Radioteleskopen und neuronalen Netzen die Bewegung des Plasmas in diesem Strahl erkennen. Das Universum erweist sich als so beschaffen, dass seine grandiosesten Prozesse – die Entstehung von Strahlen am Ereignishorizont, Magnetfelder, relativistische Geschwindigkeiten – Spuren hinterlassen, die sich entschlüsseln lassen. Und jede neue Methode verstärkt nur das Gefühl: Die Welt, in der wir existieren, ist unglaublich präzise und komplex verknüpft, und was sich in ihren Tiefen abspielt, übersteigt bei weitem die gewohnten Maßstäbe.