Astronomen bilden Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs von M 87 ab
Physik-News vom 24.03.2021
Ein neuer Blick auf das massereiche Objekt im Zentrum der Galaxie M 87 zeigt das Erscheinungsbild in polarisierter Radiostrahlung. Zum ersten Mal konnten die Astronomen die Polarisation, und damit die Signatur von Magnetfeldern, so nahe am Rand eines Schwarzen Lochs messen. Sie zeigen damit eine wichtige Momentaufnahme, um zu verstehen, wie ein Jet mit größerer Ausdehnung als die Galaxie selbst gestartet wird.
Am 10. April 2019 wurde das allererste Bild eines Schwarzen Lochs veröffentlicht, das eine helle, ringförmige Struktur mit einer dunklen zentralen Region - dem Schatten des Schwarzen Lochs - zeigt. Seitdem hat die EHT-Kollaboration ihre Daten, die von Teleskopen rund um den Globus im Jahr 2017 gesammelt wurden, weiter analysiert und dabei entdeckt, dass ein signifikanter Anteil der Radiostrahlung um das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M87 polarisiert ist.
Publikation:
The Event Horizon Telescope Collaboration
First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring
The Astrophysical Journal Letters, Vol. 910, L12
Die Physik hinter dem ersten Bild eines Schwarzen Lochs
„Die Polarisation des Lichts trägt Informationen, die es uns ermöglichen, die Physik hinter dem Bild, das wir im April 2019 präsentiert haben, besser zu verstehen“, erklärt Monika Mościbrodzka, Koordinatorin der EHT-Arbeitsgruppe für Polarimetrie und Assistenzprofessorin an der Radboud-Universität in den Niederlanden.
Publikation:
The Event Horizon Telescope Collaboration
First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near the Event Horizon
The Astrophysical Journal Letters, Vol. 910, L13
Elektromagnetische Strahlung wird polarisiert, wenn sie durch bestimmte Filter geht, wie bei den Gläsern einer polarisierten Sonnenbrille, oder bei der Abstrahlung in heiße Regionen des Weltraums, die magnetisiert sind. So wie polarisierte Sonnenbrillen uns helfen, besser zu sehen, indem sie Reflexionen und Blendungen auf hellen Oberflächen reduzieren, können Astronomen ihre Sicht auf den Bereich um das Schwarze Loch schärfen, indem sie untersuchen, wie das von dort abgestrahlte Licht polarisiert ist. Insbesondere erlaubt die Polarisation den Astronomen, den Verlauf der Magnetfeldlinien am inneren Rand des Schwarzen Lochs zu kartieren.
Das ist der Schlüssel zum Verständnis des starken Jets, der von dieser Region ausgeht.
Alan Roy, VLBI (Very Large Baseline Interferometry)
Der helle Strahl aus Energie und Materie, der aus dem Kern von M87 austritt und sich mindestens bis 100.000 Lichtjahre von seinem Zentrum entfernt erstreckt, ist einer der geheimnisvollsten und energiereichsten Bestandteile dieser Galaxie. Die meiste Materie, die sich in der Nähe des Randes eines Schwarzen Lochs befindet, fällt hinein. Einige der umgebenden Teilchen entkommen jedoch kurz vor dem Einfangen und werden in Form eines Jets weit ins All hinausgeblasen.
Wie sich Materie in der Nähe eines Schwarzen Lochs verhält
Mit Hilfe unterschiedlicher Modellannahmen versuchen die Astronomen, besser zu verstehen, wie sich die Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs verhält. Aber sie wissen nach wie vor nicht genau, wie ein Jet größer als die gesamte Galaxie aus einer sehr kompakten Region im Zentrum - vergleichbar mit der Ausdehnung des Sonnensystems - gestartet wird. Mit dem neuen EHT-Bild des Schwarzen Lochs und seines Schattens in polarisiertem Licht ist es den Astronomen erstmals gelungen, eine Schlüsselaufnahme des Startmechanismus in den Größenordnungen zu erhalten, in denen sich der Jet bildet.
Die Beobachtung des innersten Kerns von M87
Um die sehr kompakte Startregion des Jets im Herzen der Galaxie M 87 zu beobachten, verband die EHT-Kollaboration acht über die ganze Welt verteilte Teleskope, darunter APEX in Chile und das 30m-IRAM-Teleskop in Pico Veleta, Spanien, zu einem virtuellen Teleskop von Erdgröße. Die Daten wurden an zwei speziellen Hochleistungsrechnern, sogenannten Korrelatoren, zusammengeführt und verarbeitet, von denen sich einer am MPIfR in Bonn befindet. Die beeindruckende Auflösung von nur 20 Mikro-Bogensekunden, die mit dem EHT erzielt wird, entspricht der, die man benötigt, um die Länge einer Kreditkarte auf der Mondoberfläche zu messen.
Dies ermöglichte dem Team die direkte Beobachtung des Schattens des Schwarzen Lochs und des umgebenden Strahlungsrings, wobei das neue Bild der polarisierten Strahlung deutlich zeigt, dass der Ring magnetisiert ist. Die Ergebnisse werden in zwei separaten Artikeln in der Fachzeitschrift „Astrophysical Journal Letters“ vom EHT-Kollaborationsprojekt veröffentlicht, an dem weltweit mehr als 300 Forscher aus verschiedenen Organisationen und Universitäten beteiligt sind.
„Das EHT ist eine phantastische Einrichtung, um die Gesetze der Physik in einer Region mit extremer Schwerkraft zu testen. Es gibt uns die einzigartige Möglichkeit, Phänomene anzugehen, die wir vorher nie untersucht haben. Unsere zukünftigen EHT-Beobachtungen werden weitere Informationen über den mysteriösen Bereich des Weltraums in der Nähe der Ereignishorizonte von supermassereichen Schwarzen Löchern offenbaren“, schließt J. Anton Zensus, Gründungsvorsitzender der EHT-Kollaboration und Direktor am MPIfR.
Diese Newsmeldung wurde mit Material des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie via Informationsdienst Wissenschaft erstellt.
