Seitenvergleich des supermassiven Schwarzen Lochs M87* im April 2018 und ein Jahr zuvor im April 2017 (Bildnachweis: Hung-Vi Pu (The Event Horizon Telescope Collaboration, 2025, Astronomy & Astrophysics))
Es mag das erste schwarze Loch sein, das von der Menschheit abgebildet wurde, aber die Essgewohnheiten des supermassiven schwarzen Lochs M87* sind nicht schön.
Das haben Astronomen herausgefunden, als sie die Turbulenzen im Materiestrom oder „Akkretionsfluss“ untersuchten, der das supermassive Schwarze Loch speist, das 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Herzen der Galaxie Messier 87 (M87) liegt. Das Team konnte auch feststellen, dass die Achse, um die M87* rotiert, von der Erde weg zeigt.
Diese eingehende Analyse von M87*, dessen Masse der von 6,5 Milliarden Sonnen entspricht, und der Struktur und Dynamik des überhitzten Gases oder „Plasmas“ an seinem äußeren Rand, dem Ereignishorizont, war dank der Beobachtungen möglich, die das Event Horizon Telescope im April 2017 und April 2018 machte. Diese Bilder ermöglichten eine mehrjährige Analyse mit einer verbesserten und erweiterten Reihe von Computersimulationen.
„Die Beobachtungen von 2018 in Verbindung mit den Daten von 2017 offenbaren ein nuanciertes Bild des Akkretionsflusses von M87*“, sagte Eduardo Ros, Teammitglied und Forscher am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), in einer Erklärung. „Die Studie unterstreicht die sich entwickelnde Natur der Plasmastrukturen in der Nähe des Ereignishorizonts und gibt Aufschluss über die Variabilitätsmechanismen, die die Umgebung von Schwarzen Löchern bestimmen“, so Ros weiter.
Ein Jahr im Leben eines supermassiven schwarzen Lochs
Das erste Bild von M87* – und überhaupt das erste Bild der Menschheit von einem Schwarzen Loch – wurde 2017 vom EHT aufgenommen und 2019 der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Es zeichnete sich durch einen hellen goldenen Ring aus, der das Plasma darstellt, das mit annähernder Lichtgeschwindigkeit um den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs peitscht.
Einer der verblüffendsten Aspekte dieses Bildes von M87* war, wie sehr es den theoretischen Vorhersagen entsprach, die auf der Grundlage von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie gemacht wurden.
Dieser Ring war bei den Beobachtungen von 2018 noch vorhanden, aber seit den Beobachtungen von 2017 hatte sich sein hellster Abschnitt um etwa 30 Grad gegen den Uhrzeigersinn verschoben. Die Verschiebung ist auf Turbulenzen im Plasmaring um M87* zurückzuführen, so die Wissenschaftler.
(Links) EHT-Bilder von M87* aus den Beobachtungskampagnen 2018 und 2017. (Mitte) Beispielbilder aus allgemein relativistischen Simulationen zu zwei verschiedenen Zeitpunkten. (Rechts) dieselben Simulationsschnappschüsse, jedoch unscharf, um der Beobachtungsauflösung des EHT zu entsprechen. (Bildnachweis: Hung-Vi Pu (The Event Horizon Telescope Collaboration, 2025, Astronomy & Astrophysics))
„Die Akkretionsumgebung des Schwarzen Lochs ist turbulent und dynamisch. Da wir die Beobachtungen von 2017 und 2018 als unabhängige Messungen betrachten können, können wir die Umgebung des Schwarzen Lochs mit einer neuen Perspektive einschränken“, sagte Hung-Yi Pu, Mitglied des Teams und Forscher an der National Taiwan Normal University, in der Erklärung. „Diese Arbeit unterstreicht das transformative Potenzial der Beobachtung des Schwarzen Lochs, das sich in der Zeit entwickelt.“
Mit der dreifachen Menge an Daten, die 2017 zur Verfügung standen, untersuchte das EHT-Team Modelle, wie sich M87* in beiden Jahren ernährte, oder „akkretierte“.
Wenn einem Schwarzen Loch Materie aus der abgeflachten Materiewolke um es herum, der sogenannten Akkretionsscheibe, zugeführt wird, kann diese Materie spiralförmig nach innen in die Richtung fließen, in der sich das Schwarze Loch dreht – oder sie kann in die entgegengesetzte Richtung fließen. Die Veränderungen zwischen den Bildern von M87* aus den Jahren 2017 und 2018 scheinen mit Gas übereinzustimmen, das nach innen und gegen die Rotation des Monster-Schwarzlochs strömt.
Die Ergebnisse des Teams in Kombination mit den Beobachtungen des Schattens von M87* aus dem Jahr 2023, die vom Global Millimeter VLBI Array (GMVA) gemacht wurden, ergeben ein detaillierteres Bild des Schwarzen Lochs dieses Monsters, seiner Umgebung und seiner Dynamik.
„Diese Studie unterstreicht die Bedeutung der Einbeziehung größerer und vielfältigerer Simulationssätze bei der Untersuchung des supermassiven Schwarzen Lochs“, sagte Christian M. Fromm, Mitglied der EHT-Theoriegruppe und Forscher am MPIfR, in der Erklärung. „Durch die Integration von Multi-Epochen-Daten mit fortgeschrittenen Modellen können wir die dynamischen Prozesse, die die Helligkeitsschwankungen in der Nähe von M87* antreiben, besser verstehen“, so Fromm. Das EHT-Team wird weiterhin Daten untersuchen, die von dem erdgroßen Teleskop-Array in den Jahren 2021 und 2022 gesammelt werden, um tiefere Einblicke in den turbulenten Plasmastrom um M87* zu erhalten.
„Dieser Ansatz ebnet den Weg für zukünftige Studien, die sich auf das komplexe Zusammenspiel von Plasmadynamik und dem Spin des Schwarzen Lochs konzentrieren. “Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (22. Januar) in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
