Im Mai 2022 veröffentlichte das Team des Event Horizon Telescope (EHT) das allererste Radiobild des zentralen Schwarzen Lochs von M87. Es war eine verblüffende Offenbarung, die auf Beobachtungen basiert, die mit einer weltweiten Anordnung von Radioteleskopen gemacht wurden. Kürzlich veröffentlichten sie erneut ein neueres, schärferes Bild des „Lichtrings“ des Schwarzen Lochs.
Jetzt ist ein Team von Astronomen aus Europa, Korea und China noch einen Schritt weiter gegangen. Diese Woche veröffentlichten sie eine weitere erstaunliche Ansicht dieses Monsters, diesmal in einem etwas anderen Bereich von Radioemissionen. Es zeigt deutlich die Verbindung zwischen dem supermassereichen Schwarzen Loch, seinem Lichtring und dem berühmten Hochgeschwindigkeitsjet.
Dieses neueste Bild wurde mit einer umfangreichen Reihe von Radioteleskopen aufgenommen. Sie umfassten das Global mm Very Large Baseline Array (GMVA), das Atacama Large Millimeter Array (ALMA) und das Greenland Telescope (GLT). Ihre kombinierten Beobachtungen zeigten sehr kleine Details in der Region um den galaktischen Kern. Es ist das erste Mal, dass alle drei Hauptteile des Objekts auf demselben Bild zu sehen sind.
Die Beobachtungen aus dem Jahr 2018 zeigen die Region in Radiolicht, das bei einer längeren Wellenlänge als das EHT-Bild emittiert wird. Sie liegt bei 3,5 mm statt 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 Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Das von M87 wegströmende Material ist ein astrophysikalischer Jet. Es enthält überhitzte (ionisierte) Materie, die mit hoher Geschwindigkeit entlang einer Rotationsachse ausströmt.
Das große Bild des Schwarzen Lochs bekommen
Um die Strukturen im neuesten Bild zu verstehen, müssen wir mehr über sie wissen. Wir wissen, dass supermassereiche Schwarze Löcher in den Kernen von Galaxien enorm starke Gravitationsquellen sind. Nichts kann entkommen, weil sie so ziemlich alles in der Nachbarschaft aufsaugen. Die Entstehung dieser Monster ist noch immer nicht gut verstanden. Aber wir können beobachten, was sie mit ihrer Nachbarschaft machen.
Im Fall von M87 gibt es eine Akkretionsscheibe, die Material in das Schwarze Loch schleust. Andererseits hilft der Strahl einigen Materialien beim Entweichen. Zu verstehen, wie ein so riesiger Jet entstehen kann, ist ein seit langem bestehendes Problem in der Astronomie. Es bildet sich wahrscheinlich als Ergebnis irgendeiner Aktivität innerhalb der umgebenden Akkretionsscheibe.
Die Strahlbildung beinhaltet wahrscheinlich auch verwickelte Magnetfelder. Die Astronomen sind sich jedoch noch nicht über alle Details im Klaren. „Wir wissen, dass Jets aus der Region um schwarze Löcher ausgestoßen werden“, sagte Ru-Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory in China, „aber wir verstehen immer noch nicht ganz, wie dies tatsächlich passiert. Um dies direkt zu untersuchen, müssen wir das beobachten Ursprung des Jets so nah wie möglich am Schwarzen Loch.“
Das neue Bild zeigt auch, wie sich die Basis des Jets mit der Materiescheibe verbindet, die in das Schwarze Loch wirbelt. Frühere Beobachtungen zeigten getrennte Ansichten dieser Scheibe und des Jets. Dies ist also das erste Mal, dass beide Merkmale zusammen beobachtet wurden. „Dieses neue Bild vervollständigt das Bild, indem es gleichzeitig die Region um das Schwarze Loch und den Jet zeigt“, sagte Teammitglied Jae-Young Kim von der Kyungpook National University in Südkorea und dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Deutschland.
Sondieren des Rings
Der Lichtring, der das supermassereiche Schwarze Loch von M87 umgibt, ist ein weiterer faszinierender Teil der Studie. Es ist eigentlich so etwas wie eine optische Täuschung. Wenn Materie umkreist, wird sie durch Reibung mit anderer Materie und durch Wechselwirkungen mit den Magnetfeldern erhitzt. Dadurch emittiert es Licht. Die starke Gravitationswirkung des Schwarzen Lochs biegt und fängt einen Teil des Lichts ein. Dadurch entsteht, was wie ein Ring aussieht. Wir können es im EHT-Bild des Schwarzen Lochs von M87 sehen.
Die neuen Beobachtungen des Rings wurden 2018 gemacht und werden nun zusammen mit einem Papier (unten) veröffentlicht, in dem die Wissenschaft diskutiert wird. Die vom GMVA-Netzwerk beobachtete Ringgröße ist im Vergleich zum EHT-Bild etwa 50 % größer. „Um den physikalischen Ursprung des größeren und dickeren Rings zu verstehen, mussten wir Computersimulationen verwenden, um verschiedene Szenarien zu testen“, erklärte 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 mit dem EHT beobachtet werden konnte.
Weitere Beobachtungen für das Schwarze Loch von M87 geplant
Diese neue Beobachtung des Jets und des Schwarzen Lochs ist die erste Ansicht der nächsten Generation des Systems. Zukünftige Studien werden mit Netzwerken von Radioteleskopen fortgesetzt, die zusammengeschlossen sind. Sie werden weiterhin die Verbindung zwischen Schwarzen Löchern und ihren Jets untersuchen. „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“, sagte Eduardo Ros vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Gleichzeitige Beobachtungen mit diesem Array und dem EHT würden es dem Team ermöglichen, alle komplexen Aktionen zu entwirren, die in der Nähe des supermassiven Schwarzen Lochs auftreten. Sie interessieren sich nicht nur für den Jet, sondern auch für die Physik und Aktivitäten der Akkretionsscheibe, wo der Jet startet. „Die kommenden Jahre werden spannend, da wir mehr darüber erfahren können, was in der Nähe einer der mysteriösesten Regionen des Universums passiert“, sagte Ros.