Erste Aufnahme eines Schwarzen Lochs, das einen starken Jet ausstößt
Copyright: R.-S. Lu (SHAO), E. Ros (MPIfR), S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
Shanghai (China) – Erstmals ist es Astronomen gelungen, den Schatten eines Schwarzen Lochs im Zentrum einer fernen Galaxie abzulichten, während dieses einen mächtigen Partikeljet ausstößt. Dank der neuen Aufnahme können Wissenscahftler und Wissenschaftlerinnen besser verstehen, wie Schwarze Löcher solch energiereiche Jets ausstoßen können.
Wie das internationale Team um Ru-Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory aktuell in einem Forschungsartikel berichtet, stammen die Beobachtungen bereits von 2018 und wurden mit Teleskopen des Global Millimeter VLBI Array (GMVA), des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) und des Greenland Telescope (GLT) durchgeführt.
Hintergrund
Die meisten Galaxien beherbergen ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum. Schwarze Löcher sind zwar eigentlich dafür bekannt, dass sie Materie in ihrer unmittelbaren Umgebung verschlingen und ihnen selbst das Licht nicht entkommen kann, dennoch können auch gewaltige Materieströme wieder ausstoßen, die dann weit über die Galaxien hinausreichen, in denen sie sich befinden.
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Wie Schwarze Löcher solche gewaltigen Jets erzeugen, stellt seit langem eine Herausforderung für die Astronomie dar. „Wir wissen, dass Jets aus den Regionen um schwarze Löcher herausgeschleudert werden“, sagt Ru-Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory in China, „aber wir verstehen immer noch nicht ganz, wie das eigentlich geschieht. Für eine direkte Untersuchung müssen wir den Ursprung des Jets so nah wie möglich am schwarzen Loch beobachten.“
Das nun veröffentlichte Foto zeigt nun exakt diesen Vorgang zum ersten Mal. Auf der Aufnahme zu sehen, ist der Prozess, wie sich die Basis eines Jets mit der Materie verbindet, die um ein supermassereiches Schwarzes Loch herumwirbelt. Das Ziel ist die Galaxie M87, die sich 55 Millionen Lichtjahre entfernt in unserer kosmischen Nachbarschaft befindet und ein Schwarzes Loch beherbergt, das 6,5 Milliarden Mal massereicher ist als unsere Sonne, erläutert die Pressemitteilung der an den Beobachtungen beteiligten Europäischen Südsternwarte (ESO).
Schon zuvor war es war es gelungen, die Region in der Nähe des Schwarzen Lochs und den Jet separat abzubilden. Nun aber ist es das erste Mal, dass beide Merkmale gemeinsam zu sehen waren. „Diese neue Aufnahme vervollständigt das Bild, indem sie die Region um das Schwarze Loch und den Jet gleichzeitig zeigt“, fügt Jae-Young Kim vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Deutschland hinzu.
Copyright: S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF)
Das Bild wurde mit dem GMVA, ALMA und dem GLT aufgenommen, die ein Netzwerk von Radioteleskopen rund um den Globus bilden, das so zu einem virtuelles Teleskop von der Größe der Erde zusammenarbeitet. Ein solch großes Netzwerk kann sehr kleine Details in der Region um das Schwarze Loch von M87 erkennen.
Die neue Aufnahme zeigt den Materiestrom, der in der Nähe des Schwarzen Lochs entsteht, sowie den sogenannten Schatten des Schwarzen Lochs. Dieser „Schatten“ entsteht, wenn die Materie das Schwarze Loch umkreist, erwärmt wird und dabei Licht abstrahlt. Das Schwarze Loch beugt und fängt einen Teil dieses Lichts ein, sodass von der Erde aus gesehen eine ringförmige Struktur um das schwarze Loch entsteht. Die Dunkelheit in der Mitte des Rings ist der Schatten des Schwarzen Lochs, der erstmals 2017 vom Event Horizon Telescope (EHT) abgebildet wurde. Sowohl dieses neue Bild als auch die Aufnahmen des EHT kombinieren Daten, die mit mehreren Radioteleskopen weltweit aufgenommen wurden. Das heute veröffentlichte Bild zeigt allerdings Radiostrahlung mit einer größeren Wellenlänge als das des EHT: 3,5 mm anstelle von 1,3 mm. „Bei dieser Wellenlänge können wir sehen, wie der Jet aus dem Emissionsring um das zentrale supermassereiche schwarze Loch austritt“, sagt Thomas Krichbaum vom MPIfR.
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Die Größe des vom GMVA-Netzwerk beobachteten Rings ist im Vergleich zum Bild des Event Horizon Telescope etwa 50 % größer. „Um den physikalischen Ursprung des größeren und dickeren Rings zu verstehen, mussten wir Computersimulationen verwenden, in denen wir verschiedene Szenarien getestet haben“, erklärt Keiichi Asada von der Academia Sinica in Taiwan. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das neue Bild mehr von dem Material zeigt, das auf das Schwarze Loch zufällt, als das, was mit dem EHT beobachtet werden konnte.
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