![\"\"](\"https:\/\/www.europesays.com\/de\/wp-content\/uploads\/2025\/10\/beitragsbild_black_hole_plasmoids_c_meringolo_camilloni_rezzolla.png\")
Auf der \u00c4quatorialebene entlang der Stromschicht, wo die Teilchendichte (linker Teil) h\u00f6her ist, entsteht eine Kette von Plasmoiden. Hier findet eine magnetische Rekonnexion statt, die Teilchen auf sehr hohe Energien beschleunigt (rechts). Die Teilchen erreichen auch relativistische Geschwindigkeiten entlang der Drehachse und bilden schlie\u00dflich den Jet, der durch den Blandford-Znajek-Mechanismus angetrieben wird. Grau: Magnetfeldlinien. Bild: Meringolo, Camilloni, Rezzolla (2025)<\/p>\n
Knapp zwei Jahrhunderte lang war nicht klar, dass es sich bei dem hellen Fleck im Sternbild der Jungfrau, den Charles Messier 1781 als \u201e87: Nebel ohne Sterne\u201c beschrieb, um eine sehr gro\u00dfe Galaxie handelt. Daher fand sich zun\u00e4chst auch keine Erkl\u00e4rung f\u00fcr den 1918 entdeckten seltsamen Strahl, der aus dem Zentrum des \u201eNebels\u201c entspringt.<\/p>\n
Dort, im Herzen der Riesengalaxie M87, befindet sich das Schwarze Loch M87*, das stolze sechseinhalb Milliarden Sonnenmassen vereint und sich mit gro\u00dfer Geschwindigkeit um sich selbst dreht. Mit der Energie aus dieser Rotation treibt M87* einen Teilchenstrahl an, einen Jet, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgesto\u00dfen wird und sich \u00fcber gewaltige 5000 Lichtjahre erstreckt. Solche Jets entstehen auch durch andere rotierende Schwarze L\u00f6cher. Sie tragen dazu bei, Energie und Materie im Universum zu verteilen, und sie k\u00f6nnen die Entwicklung ganzer Galaxien beeinflussen.<\/p>\n
Das Team von Astrophysikern an der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt unter der Leitung von Prof. Luciano Rezzolla hat einen numerischen Code entwickelt, den \u201eFrankfurt particle-in-cell code for black hole spacetimes (FPIC)\u201c, der mit hoher Genauigkeit die Prozesse beschreibt, die zur Umwandlung von Rotationsenergie in einen Teilchenstrahl f\u00fchren. Das Ergebnis: Die Wissenschaftler fanden heraus, dass neben dem sogenannten Blandford-Znaiek-Mechanismus, demzufolge starke Magnetfelder f\u00fcr die Umwandlung der Rotationsenergie verantwortlich sind, ist ein weiterer Prozess an der Energieentnahme beteiligt ist: die magnetische Rekonnexion. Hierbei brechen Magnetfeldlinien auf und sich verbinden sich neu, wodurch magnetische Energie in W\u00e4rme, Strahlung und Plasmaeruptionen umgewandelt wird.<\/p>\n
Der FPIC-Code simulierte die Entwicklung einer riesigen Anzahl geladener Teilchen und extremer elektromagnetischer Felder unter dem Einfluss der starken Gravitation des Schwarzen Lochs. Dr. Claudio Meringolo, Hauptentwickler des Codes, erkl\u00e4rt: Die Simulation solcher Prozesse ist entscheidend f\u00fcr das Verst\u00e4ndnis der komplexen Dynamik relativistischer Plasmen in gekr\u00fcmmten Raumzeiten in der N\u00e4he kompakter Objekte, die durch das Zusammenspiel extremer Gravitations- und Magnetfelder bestimmt werden.<\/p>\n
F\u00fcr die Untersuchungen waren h\u00f6chst aufwendige Supercomputer-Simulationen erforderlich, die Millionen von CPU-Stunden auf dem Frankfurter Supercomputer \u201eGoethe\u201c sowie auf dem Stuttgarter Supercomputer \u201eHawk\u201c beanspruchten. Die enorme Rechenleistung war notwendig, um Maxwells Gleichungen und die Gleichungen f\u00fcr die Bewegung von Elektronen und Positronen gem\u00e4\u00df Albert Einsteins Allgemeiner Relativit\u00e4tstheorie zu l\u00f6sen.<\/p>\n
In der \u00c4quatorebene des Schwarzen Lochs zeigten die Berechnungen der Wissenschaftler intensive Rekonnexionsaktivit\u00e4t, die zur Bildung einer Kette von Plasmoiden f\u00fchrt \u2013 kondensiertem Plasma in Energie-\u201eBlasen\u201c \u2013 die sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Den Wissenschaftlern zufolge geht dieser Prozess geht mit der Erzeugung von Teilchen mit negativer Energie einher, die extreme astrophysikalische Erscheinungen wie Jets und Plasmaeruptionen antreibt.<\/p>\n
\u201eUnsere Ergebnisse er\u00f6ffnen die faszinierende M\u00f6glichkeit, dass der Blandford-Znajek-Mechanismus nicht der einzige astrophysikalische Prozess ist, der Rotationsenergie aus einem Schwarzen Loch extrahieren kann\u201c, sagt Dr. Filippo Camilloni, ebenfalls am FPIC arbeitete, \u201esondern dass auch die magnetische Rekonnexion dazu beitr\u00e4gt.\u201c<\/p>\n
\u201eWir k\u00f6nnen mit unserer Arbeit zeigen, wie Energie effizient aus rotierenden Schwarzen L\u00f6chern extrahiert und in Jets kanalisiert wird\u201c, sagt Rezzolla. \u201eSo k\u00f6nnen wir dazu beitragen, die extremen Leuchtkr\u00e4fte aktiver Galaxienkerne sowie die Beschleunigung von Teilchen bis fast auf Lichtgeschwindigkeit erkl\u00e4ren\u201c. Es sei unglaublich spannend und faszinierend, \u00fcber ausgefeilte numerische Codes besser verstehen zu k\u00f6nnen, was in der N\u00e4he eines Schwarzen Lochs geschehe. \u201eGleichzeitig ist es noch lohnender, die Ergebnisse dieser komplexen Simulationen mit einer strengen mathematischen Behandlung erkl\u00e4ren zu k\u00f6nnen \u2013 so wie wir es in unserer Arbeit getan haben.\u201c<\/p>\n