Supermassive Schwarze Löcher, die sich in galaktischen Zentren verstecken, werden oft als kosmische Monster bezeichnet. Dies sind jedoch praktisch unsichtbare Tiere. Um sie zu finden, muss die Geschwindigkeit der Gaswolken gemessen werden, die sich um sie drehen.
Manchmal erklären sie jedoch ihre Existenz und setzen mächtige Jets frei, die so große Energiemengen enthalten, dass sie das gesamte Leuchten der galaktischen Sterne überschatten können. Diese relativistischen Strahlen sind zwei Plasmaströme, die sich mit nahe am Licht liegenden Geschwindigkeiten in entgegengesetzte Richtungen bewegen.
Aber die Physik, die sie kontrolliert, bleibt lange Zeit rätselhaft. Neue Forschungen versuchen, einige der Gründe für das ungewöhnliche Erscheinungsbild der Jets aufzuklären. Ihre Exklusivität liegt in beeindruckender Stabilität. Es gelingt ihnen, aus einer Region von der Größe eines Ereignishorizonts zu entkommen und sich von der Wirtsgalaxie zu entfernen, während sie ihre ursprüngliche Form beibehalten. Dies entspricht einer Länge, die das Milliardenfache des ursprünglichen Radius beträgt. Stellen Sie sich vor, ein Springbrunnen wird aus einem 1 cm breiten Schlauch gezogen und bleibt 10.000 km lang stabil. Aber in großer Entfernung verlieren die Jets ihre Kohärenz und entwickeln längliche Strukturen, die oft Wirbeln ähneln. Sie unterliegen also einer gewissen Instabilität und einem sich ändernden Erscheinungsbild.
Die Dichotomie des Jets
Der erste astrophysikalische Jet im Jahr 1918 wurde von Geber Curtis bemerkt. Er stellte fest, dass das Phänomen einen Zusammenhang mit dem Kern der elliptischen Galaxie M87 haben sollte.
In den 1970er Jahren Bernie Fanaroff und Julia Riley konnten eine Vielzahl von Jets erkunden. Sie erkannten, dass sie in zwei Klassen unterteilt werden können: diejenigen, deren Helligkeit mit der Entfernung abnimmt, und diejenigen, deren Helligkeit an den Rändern zunimmt. Der zweite Typ ist 100-mal heller als der erste. Beide haben am Ende eine leicht unterschiedliche Form - die erste ähnelt einer blitzenden Wolke und die zweite - eine enge turbulente Strömung.
Wenn der Strahl von einem Schwarzen Loch beschleunigt wird, erreicht er 99,9% der Lichtgeschwindigkeit. Bei einer solchen Geschwindigkeit verlangsamt sich der von einem externen Beobachter gemessene Zeitfluss im Jet nach Einsteins Spezialtheorie. Verschiedene Teile des Strahls werden untereinander ausgetauscht und schützen so deren Unversehrtheit.
Beim Auswerfen aus einem Schwarzen Loch dehnt sich der Strahl zur Seite aus. Diese Expansion erzeugt Druck innerhalb des Strahls und der Gasdruck um den Strahl nimmt nicht ab. Infolgedessen übersteigt der Gasdruck den Druck innerhalb des Strahls und wird dann komprimiert. Zu diesem Zeitpunkt laufen die Teile des Strahls zusammen und stellen den Kontakt wieder her. Wenn bestimmte Bereiche instabil werden, kann dies Auswirkungen auf den gesamten Strahl haben. Es ist wichtig zu beachten, dass sich die Strömung nach Expansion und Kontraktion nicht direkt, sondern entlang eines gekrümmten Pfades bewegt. Gekrümmte Ströme neigen dazu, unter einer Zentrifugalinstabilität zu leiden und bilden daher eine Wirbelstruktur.
Computermodelle zeigen, dass relativistische Jets aufgrund der Fliehkraftinstabilität an Stabilität verlieren, die zunächst nur ihren Kontakt mit dem galaktischen Gas beeinträchtigt. Diese Instabilität ist so gefährlich, dass der Strahl nicht aufsteht und turbulenten Bedingungen unterlegen ist.
Die Untersuchung dieser Prozesse ermöglicht es Ihnen, die beeindruckende Stabilität von astrophysikalischen Jets besser zu verstehen. Es wird auch helfen, die beiden Klassen und die Gründe für ihr Erscheinen zu verstehen.
