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News: Wie ein Wirbelwind

In Strömungen bilden sich Wirbel vor allem dann, wenn es zu Scherungen kommt, die Geschwindigkeiten einzelner Bereiche also unterschiedlich sind. Hinter Flugzeugen entstehen so beispielsweise die Wirbelschleppen - und an den Polen von schwarzen Löchern die gewundenen Muster der Plasmajets.
Quasare sind das Hellste, was man am Himmel sehen kann. Bei diesen Quasi-Stellar Radio Sources handelt es sich jedoch nicht um Sterne, sondern ganze Galaxien, in deren Zentrum Materie in ein Schwarzes Loch stürzt. Infolge der Rotation der Galaxis strömt sie entlang einer Akkretionsscheibe in das Zentrum und strahlt dabei in allen Wellenlängenbereichen ungeheure Energien ab.

Senkrecht zu der Akkretionsscheibe schießen zwei entgegengesetzte Plasmajets ins All. Sie bilden die Pole des Magnetfelds ab, das infolge der Reibung innerhalb der nachstürzenden Materie entsteht.

Solche Jets entstehen in unmittelbarer Nähe zu dem Schwarzen Loch und reichen viele hundert Galaxiendurchmesser ins All hinein. Weil sich die Gasteilchen in diesen Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen, sprechen die Forscher dabei von relativistischen Plasmaströmen.

Wie die Strömungen in der Atmosphäre oder in einem rauschenden Gebirgsbach, unterliegen auch diese Plasmaströme bestimmten Strömungsgesetzen. Genauso wie der Wind über ein Gebirge streift oder das Wasser einen Fels umfließt, so bewegen sich auch die schnellen Plasmajets durch die unbewegte - oder sagen wir besser: die unrelativistische - Materie des Weltraums. Jedenfalls sind es die Geschwindigkeitsunterschiede, die hier wie dort zu typischen Strömungsmustern führen, so genannten Kelvin-Helmholtz-Instabilitäten.

Im Sternbild der Jungfrau, in 2,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung, lässt sich ein solcher Effekt in dem Plasmajet des Quasars 3C273 beobachten. 3C273 ist so hell, dass er das wohl weiteste Objekt ist, das man noch mit einem Hobbyteleskop erblicken kann. Um den Plasmajet zu studieren, mussten Andrei Lobanov und Anton Zensus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn allerdings schwerere Geschütze auffahren und die 8-Meter-Antenne des japanischen HALCA-Satelliten mit elf Radioteleskopen des Very-Long-Baseline-Interferometry-Netzwerks in Deutschland und den USA zusammenschalten. Immerhin erreichten die Forscher so eine Auflösung von nur fünf Lichtjahren.

Innerhalb des Jets zeichnen sich zwei fadenförmige Strukturen ab, die ähnlich einer Doppelhelix ineinander verschlungen sind. Und genau solche komplexen dreidimensionalen Muster hatten Forscher in der Vergangenheit immer wieder vorhergesagt. Durch die extremen Geschwindigkeitsunterschiede - auf der Erde bilden sich solche Wirbel mitunter in Wolken entlang von Schwerwindzonen ab - kommt es in den Plasmajets zu großen Dichteschwankungen, die sich ihrerseits in der Abstrahlung von Radiowellen widerspiegeln.

Doch damit nicht genug, die spannendste Erkenntnis steht womöglich noch aus. Denn jetzt gilt es, auch den letzten Teil der Theorie über Kelvin-Helmoltz-Instabilitäten zu bestätigen, denn diese Strukturen müssten sich entlang des Plasmajets bewegen, und zwar mit einer Geschwindigkeit von rund 0,2-facher Lichtgeschwindigkeit.

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