Ein atemberaubendes neues Bild eines supermassiven Schwarzen Lochs könnte Wissenschaftlern helfen, das Rätsel zu lösen, wie diese hungrigen Giganten Jets beschleunigter Teilchen in den Kosmos abfeuern. Das Bild wurde 2018 von einem Netzwerk von Radioteleskopen auf der ganzen Welt aufgenommen und konzentriert sich auf Messier 87 – eine Galaxie, die etwa 55 Millionen Lichtjahre von unserer Milchstraße entfernt liegt.
Messier 87 war auch Gegenstand des allerersten veröffentlichten Fotos eines Schwarzen Lochs, das bereits 2019 veröffentlicht wurde. Das neuere Bild enthüllt jedoch neue Details, die in seinem Vorgänger nicht sichtbar waren – einschließlich eines viel größeren Rings um das Loch und, zum ersten Mal die Verbindung zwischen diesem und einem der Teilchenstrahlen, die vom Schwarzen Loch wegdonnern.
Was sind Schwarze Löcher?
Schwarze Löcher sind Regionen, in denen das Gewebe der Raumzeit durch konzentrierte Masse so deformiert ist, dass jenseits ihres „Ereignishorizonts“ nichts – nicht einmal Licht – ihrer Schwerkraft entkommen kann.
Typischerweise wiegen Schwarze Löcher etwa das 5- bis 10-fache der Masse unserer Sonne, was durch die Größe des Sterns eingeschränkt wird, der sie überhaupt erst gebildet hat.
Astronomen haben jedoch auch herausgefunden, dass die meisten Galaxien in ihrem Zentrum auch „supermassive“ Schwarze Löcher enthalten – erstaunliche Materiekonzentrationen, die Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen enthalten können.
Laut NASA „beinhaltet ein möglicher Mechanismus für die Bildung von supermassereichen Schwarzen Löchern eine Kettenreaktion von Kollisionen von Sternen in kompakten Sternhaufen. [This] führt zum Aufbau extrem massereicher Sterne, die dann kollabieren und Schwarze Löcher mittlerer Masse bilden.
„Die Sternhaufen sinken dann ins Zentrum der Galaxie, wo die Schwarzen Löcher mittlerer Masse zu einem supermassereichen Schwarzen Loch verschmelzen.“
Die neue Studie – die sich auf das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen der Galaxie Messier 87 (M87) konzentrierte – wurde von Dr. Ru-Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory in China und seinen Kollegen durchgeführt.
Dr. Lu sagte: „Wir wissen, dass Jets aus der Umgebung von Schwarzen Löchern ausgestoßen werden – aber wir verstehen immer noch nicht ganz, wie das tatsächlich passiert.
„Um dies direkt zu untersuchen, müssen wir den Ursprung des Jets so nah wie möglich am Schwarzen Loch beobachten.“
Das zentrale Schwarze Loch von M87 – das satte 6,5 Milliarden Mal massereicher ist als unsere Sonne – liegt etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernt.
Die Forscher analysierten Beobachtungen von M87, die 2018 von einem Netzwerk von Radioteleskopen auf der ganzen Welt aufgenommen wurden – darunter das Global Millimeter VLBI Array (das 14 Standorte in Europa und Nordamerika umfasst, das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (in Chile) und das Greenland Telescope – arbeiten zusammen, um als „virtuelles“ erdgroßes Teleskop zu fungieren.
Das von diesen Teleskopen erstellte Bild zeigt zum ersten Mal, wie sich die Basis eines Jets mit der Materie verbindet, die um das supermassereiche Schwarze Loch wirbelt, aus dem er entstanden ist.
Bisher konnten diese beiden Teile nur einzeln abgebildet werden.
Der Co-Autor und Astrophysiker Professor Jae-Young Kim von der Kyungpook National University in Südkorea erklärte: „Dieses neue Bild vervollständigt das Bild, indem es gleichzeitig die Region um das Schwarze Loch und den Jet zeigt.“
Auf dem Bild ist auch das zu sehen, was Wissenschaftler den „Schatten“ des supermassereichen Schwarzen Lochs nennen.
Dies wird durch eine das Loch umgebende ringartige Lichtstruktur abgegrenzt, die entsteht, wenn ein Teil des Lichts, das von der Akkretionsscheibe der in das Loch fallenden Materie emittiert wird, gebogen und um das Loch herum eingefangen wird.
Dieses Phänomen ist vielleicht von der allerersten direkten Fotografie eines Schwarzen Lochs (eigentlich wieder M87) bekannt, die 2019 von der Event Horizon Telescope (EHT)-Kollaboration veröffentlicht wurde.
Im Gegensatz zu diesem vorherigen Bild zeigen die neuen Beobachtungen von M87 jedoch, dass Licht mit einer längeren Wellenlänge emittiert wird – 3,5 Millimeter im Gegensatz zu den 1,3 mm, die von EHT gesehen werden – wobei der Ring um das Schwarze Loch im neuen auch etwa 50 Prozent größer erscheint Bild.
Der Co-Autor des Papiers, Dr. Thomas Krichbaum vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Deutschland, sagte: „Bei dieser Wellenlänge können wir sehen, wie der Jet aus dem Emissionsring um das zentrale supermassereiche Schwarze Loch austritt.“
Nachdem ihre erste Studie abgeschlossen ist, wollen die Forscher nun dasselbe Netzwerk von Radioteleskopen verwenden, um mehr darüber zu erfahren, wie Jets von Schwarzen Löchern entstehen.
Der Autor der Veröffentlichung und Max-Planck-Astronom Professor Eduardo Ros erklärte: „Wir planen, die Region um das Schwarze Loch im Zentrum von M87 bei verschiedenen Radiowellenlängen zu beobachten, um die Emission des Jets weiter zu untersuchen.
„Die kommenden Jahre werden spannend, da wir mehr darüber erfahren können, was in der Nähe einer der mysteriösesten Regionen des Universums passiert.
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.