Wie das Schwarze Loch in der Galaxie M87 einen Jet startet
Physik-News vom 26.04.2023
Ein internationales Forscherteam hat zum ersten Mal eine Verbindung zwischen der ringförmigen Struktur, die den Materieeinfall in das zentrale Schwarze Loch offenbart, und dem starken relativistischen Jet in der Radiogalaxie M87 gezeigt. Die Beobachtungen mit dem Global Millimetre VLBI Array, ergänzt durch das ALMA-Teleskop in Chile und das Grönland-Teleskop, zeigen den Materiestrudel um das zentrale Schwarze Loch und den Ursprung des Jets bei 3,5 mm Wellenlänge. Mit den beiden zusätzlichen Teleskopen konnten die Abbildungsmöglichkeiten des Global Millimetre VLBI Array erheblich verbessert werden.
Ru-Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory, der Leiter einer Max-Planck-Forschungsgruppe an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ist begeistert und erstaunt zugleich: "Bisher haben wir das supermassereiche Schwarze Loch und den weit entfernten Jet nur in getrennten Bildern gesehen, aber jetzt haben wir ein Panoramabild des Schwarzen Lochs zusammen mit seinem Jet bei einer neuen Wellenlänge aufgenommen."
Publikation:
R. Lu, K. Asada, T.P. Krichbaum, et al.
A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet
Nature (2023)
DOI: 10.1038/s41586-023-05843-w
Man geht davon aus, dass Materie aus der Umgebung in das Schwarze Loch hineinfällt, was als Akkretion bezeichnet wird. Aber noch nie hat jemand ein direktes Bild davon gemacht. "Der große und dicke Ring, den wir nun sehen, erklärt sich durch das Gas, das in das Schwarze Loch fällt. Die beobachtete Strahlung erlaubt es, die physikalischen Prozesse in der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs und das Wechselspiel zwischen Akkretion und Jeterzeugung besser zu verstehen“, fügt er hinzu.
"Die Beteiligung von ALMA an den GMVA-Beobachtungen hat die Empfindlichkeit für die Kartierung der schwachen und komplexen Radioemission im Zentrum von M87 deutlich erhöht. Dadurch hat sich die effektive Winkelauflösung verbessert, und wir konnten zum ersten Mal die ringförmige Struktur im Herzen von M87 bei einer Wellenlänge von 3,5 Millimetern abbilden", sagt Andrei Lobanov vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), ein Mitglied des Forscherteams. Der vom GMVA gemessene Durchmesser des Rings beträgt 64 Mikrobogensekunden, was der Größe eines kleinen Selfie-Lichtrings (13,5 cm) entspricht, wie ihn ein Astronaut auf dem Mond sehen würde, wenn er zur Erde zurückblickt. Wie aufgrund der Emissionseigenschaften des relativistischen Plasmas in dieser Region zu erwarten war, ist der Außendurchmesser dieser ringförmigen Struktur etwa 1,5mal größer als der bei früheren Beobachtungen bei 1,3 mm mit dem EHT gemessene Durchmesser.
"Mit den stark verbesserten Abbildungsmöglichkeiten des GMVA gewinnen wir neue Einblicke in die physikalischen Prozesse der Jeterzeugung. Wir sehen wieder die drei Jetfilamente, die wir schon aus früheren Beobachtungen kannten", sagt Thomas Krichbaum, der erste Autor vom MPIfR unter den beteiligten Forschern. "Aber jetzt erkennen wir, wie der Jet aus dem Emissionsring um das Schwarze Loch austritt, und wir können den Ringdurchmesser bei einer anderen Wellenlänge messen.“
"Das spektakuläre Bild des Jets und des Rings in M87 ist ein wichtiger Meilenstein und krönt die jahrelangen gemeinsamen Bemühungen unserer europäischen Kollegen, unter anderem von ESO, IRAM, Metsähovi, Yebes und Onsala, das GMVA-Array mit dem phasengesteuerten ALMA für gemeinsame Beobachtungen einzurichten, um die feinsten Details bei der Untersuchung von Radiogalaxien und Quasaren zu enthüllen", kommentiert Eduardo Ros, Wissenschaftler am MPIfR, europäischer GMVA-Scheduler und Mitglied des Forscherteams.
Jae-Young Kim von der Kyungpook National University in Daegu (Südkorea), der auch mit dem MPIfR affiliert ist, blickt auf die technologische Weiterführung: "Die nächsten Schritte bei der hochauflösenden Kartierung von M87 werden die Messungen der Radiofarbe des Jets und des Schattens des Schwarzen Lochs beinhalten, und Polarisationsmessungen, aus der die Struktur und Stärke des Magnetfeldes abgeleitet werden kann.“ Diese Schritte werden zu einer weiteren Verbesserung der Empfindlichkeit des GMVA-Netzes führen, indem neue Radioempfänger benutzt werden, die eine Mehrfrequenz-Phasenreferenzierung ermöglichen, wie sie beispielsweise das koreanische VLBI-Netz verwendet.
J. Anton Zensus, Direktor am MPIfR und Koautor der veröffentlichten Arbeit, fasst zusammen: "Diese neuen Ergebnisse sind so wichtig, weil sie uns zum ersten Mal einen direkten Blick in die Region ermöglichen, die die zentrale Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch und den Jet in M87 verbindet. Der jahrelange und kontinuierliche Ausbau und die Weiterentwicklung der VLBI-Technik haben sich definitiv gelohnt.”
Diese Newsmeldung wurde mit Material des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie via Informationsdienst Wissenschaft erstellt.
