Die Vergrößerung von Perseus A mit dem Event Horizon Telescope enthüllt Details des mächtigen Jets, den es ausstößt.(Bildnachweis: Georgios Filippos Paraschos (MPIfR))
Astronomen haben ein supermassereiches Schwarzes Loch im kosmischen Hinterhof der Erde beobachtet, wie es Materieströme mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausstößt. Diese Ausströmungen erzählen die Geschichte eines Kampfes um die Vorherrschaft zwischen Magnetismus und Schwerkraft.
Die Entdeckung könnte den Wissenschaftlern helfen, besser zu verstehen, wie sich Schwarze Löcher von Materie ernähren und mächtige Strahlen ausstoßen, die weit über ihre Wirtsgalaxien hinausreichen.
Das Astronomenteam beobachtete mit dem Event Horizon Telescope (EHT) das Herz der Radiogalaxie 3C 84, auch bekannt als Perseus A, eine Region, die von einem supermassiven Schwarzen Loch gespeist wird. Das EHT, eine globale Anordnung miteinander verbundener Radioschüsseln, lieferte die ersten Bilder eines Schwarzen Lochs, die die Menschheit je gesehen hat.
Perseus A, eine starke Radiowellenquelle, entspricht dem Zentrum der aktiven Galaxie NGC 1275, die ihrerseits die zentrale Galaxie im Superhaufen Perseus ist, der 230 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Das klingt nach einer enormen Entfernung, macht das neu beobachtete Objekt jedoch zu einem der supermassereichen Schwarzen Löcher, die unserem Planeten am nächsten sind.
„Die Radiogalaxie 3C 84 ist besonders interessant für die Herausforderungen, die sie bei der Erkennung und genauen Messung der Polarisation des Lichts in der Nähe ihres Schwarzen Lochs darstellt“, sagte Jae-Young Kim, ein außerordentlicher Professor für Astrophysik an der Kyungpook National University in Südkorea, in einer Erklärung des Studienteams. „Die außergewöhnliche Fähigkeit des EHT, das dichte interstellare Gas zu durchdringen, ist ein bahnbrechender Fortschritt für die präzise Beobachtung der Umgebung von Schwarzen Löchern.“
Magnetismus vs. Schwerkraft: Welche Kraft gewinnt?
Die neuen Beobachtungen von Perseus A sind nicht das erste Mal, dass das EHT den starken Magnetismus oder die Schwerkraft eines supermassiven Schwarzen Lochs, zwei der vier Grundkräfte des Universums, untersucht hat.
Nachdem das Teleskop zum ersten Mal das supermassive Schwarze Loch im Herzen der Galaxie Messier 87 (M87) abgebildet hat, hat es auch die Polarisation des Lichts um dieses Schwarze Loch herum abgebildet, das so massiv ist wie 6,5 Milliarden Sonnen.
Diese Arbeit enthüllte Details der polarisierenden Magnetfelder um das zentrale Schwarze Loch von M87. Und in der neuen Untersuchung beobachtete das EHT die Polarisation um das Schwarze Loch von Perseus A, was auf ein gut geordnetes Magnetfeld in seiner unmittelbaren Umgebung hinweist.
Diese Magnetfelder demonstrieren ihre Kraft, indem sie die gewaltige Schwerkraft des Schwarzen Lochs der Radiogalaxie 3C 84, dessen Masse auf das 40-Millionenfache der Sonnenmasse geschätzt wird, überwinden und Jets mit hoher Geschwindigkeit ausstoßen.
Die künstlerische Darstellung eines supermassiven schwarzen Lochs, das einen Strahl energiereicher Teilchen aussendet. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
„Der EHT liefert nicht nur erste Bilder von Schwarzen Löchern, sondern eignet sich auch hervorragend zur Beobachtung astrophysikalischer Plasmastrahlen und ihres Zusammenspiels mit starken Magnetfeldern“, sagte der Leiter des Teams, Georgios Filippos Paraschos, vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Deutschland. „Unsere neuen Ergebnisse liefern neue Beweise dafür, dass sich ein geordnetes Magnetfeld durch das erhitzte Gas, das das Schwarze Loch umgibt, erstreckt.“
Wenn die Materie auf das Schwarze Loch zufällt, bildet sie eine „Akkretionsscheibe“ um das Objekt, die stark magnetisiert ist. Wenn sich diese Scheibe dreht, verdrehen sich die magnetischen Feldlinien in ihr und werden eng gewickelt, was verhindert, dass die magnetische Energie effizient freigesetzt wird.
Die EHT-Beobachtungen des schnell rotierenden supermassereichen Schwarzen Lochs Perseus A und der es umgebenden „magnetisch festgehaltenen Scheibe“ deuten darauf hin, dass die Geschwindigkeit, mit der ein Schwarzes Loch rotiert, mit seiner Fähigkeit zusammenhängen könnte, Jets auszustoßen, d. h. dass diese Jets zwar den Magnetismus darstellen, der über die Schwerkraft siegt, dass sie aber auch Unterstützung in Form von „äußeren Störungen“ durch den Drehimpuls erhalten könnten. Eine eingehendere Untersuchung und die Anwendung von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie aus dem Jahr 1915 könnten helfen, dies zu klären.
„Warum sind Schwarze Löcher so gut darin, starke Jets zu erzeugen? Das ist eine der faszinierendsten Fragen der Astrophysik“, sagt MPIfR-Forscher Maciek Wielgus. „Wir gehen davon aus, dass allgemein relativistische Effekte, die knapp über dem Ereignishorizont des Schwarzen Lochs auftreten, der Schlüssel zur Beantwortung dieser Frage sein könnten. Solche hochauflösenden Beobachtungen ebnen endlich den Weg zu einer beobachtbaren Verifizierung.“
Das EHT konnte seine eingehenden Beobachtungen dieses Schwarzen Lochs und seiner Jets mit Hilfe einer Technik namens Very-Long-Baseline-Interferometrie (VLBI) durchführen, die es ermöglicht, ein Bild zu erstellen, indem die Signale zahlreicher Teleskopbeobachtungen desselben Objekts zusammengefasst werden. Das EHT besteht aus einer Reihe von Einzelteleskopen auf der ganzen Welt, die sich zu einem einzigen Instrument von der Größe der Erde zusammenschließen.
„Wir sind sehr erfreut, denn diese Ergebnisse sind ein wichtiger Schritt zum Verständnis von Galaxien wie 3C 84“, sagte Anton Zensus, Direktor des MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung Radioastronomie/VLBI. „Gemeinsam mit unseren internationalen Partnern sind wir bestrebt, die Fähigkeiten des Event Horizon Telescope zu verbessern, um noch detailliertere Einblicke in die Jetbildung um Schwarze Löcher zu ermöglichen.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden heute (1. Februar) online in der Zeitschrift Astronomy and Astrophysics veröffentlicht.
