Neue Beobachtungen der spektakulären Galaxie M87 zeigen, wie sich ein mächtiger Jet um ein darin enthaltenes monströses Schwarzes Loch bildet.
Vor einigen Jahren sorgte das Bild eines orange leuchtenden Donuts für Aufsehen. Zum ersten Mal haben Forscher ein Bild der unmittelbaren Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum aufgenommen Galaxie M87
Diese Galaxie ist für einen Jet bekannt, der Materie weit aus der Galaxie hinaus beschleunigt, angetrieben vom zentralen Schwarzen Loch. Wie genau der Jet in der Nähe des Schwarzen Lochs verankert ist und wie die Materie in den Jet strömt, ist noch nicht vollständig geklärt.
Astronomen liefern nun unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie neue Antworten. Mit einem Netz von Radioteleskopen, die fast so groß sind wie die Erde selbst, machen sie am Beispiel von M87 erstmals die Materieströme im äußersten Zentrum einer Galaxie sichtbar.
Es wird angenommen, dass die enorme Helligkeit und Aktivität im Zentrum einer Galaxie wie M87 darauf zurückzuführen ist, dass Materie aus der Umgebung in das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie fällt.
Allerdings wird ein Teil der Materie auch über einen Jet aus dieser Region herausgeschleust. Im Fall der Galaxie M87 gab es bereits separate Bilder der innersten Materiescheibe um das zentrale Schwarze Loch und den Jet.
Bisher war unklar, wie sich der Jet, der an den Rändern der Galaxie kollimiert bleibt, in der Nähe des Schwarzen Lochs bildet.
Das nun gewonnene Bild stellt erstmals den Zusammenhang her. „Wir sehen, wie der Jet aus dem Ring um das Schwarze Loch austritt und gewinnen neue Einblicke in die physikalischen Prozesse, die den Jet entstehen lassen“, sagt Thomas Krichbaum vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Ein riesiges Teleskop leistet detaillierte Arbeit
Das internationale Forscherteam erhielt das Bild durch Beobachtung des Radiolichts mit einer Wellenlänge von 3,5 Millimetern. Dies ermöglicht einen nahezu ungehinderten Blick auf die radiohellen Materieströme, die das zentrale Schwarze Loch umgeben und den Jet antreiben.
Von der Erde aus gesehen erscheint dieser innere Bereich nur etwa so groß wie ein Konzertscheinwerfer auf dem Mond, was einem Winkeldurchmesser von 64 Mikrobogensekunden entspricht. Bei einer Entfernung der Galaxie von etwa 55 Millionen Lichtjahren entspricht dies ein paar Mal dem Durchmesser unseres Sonnensystems.
Um diese von der Erde aus gesehen winzigen Strukturen aufzulösen, nutzen die Forscher eine Reihe zahlreicher Radioteleskope. Je größer das Netzwerk und je weiter die einzelnen Teleskope voneinander entfernt sind, desto kleinere Strukturen können abgebildet werden.
Auch die Wellenlänge, auf die die Funkempfänger abgestimmt sind, bestimmt das Bild. Je kürzer die Wellenlänge, desto feinere Strukturen können abgebildet werden.
Zentraler Bestandteil des Netzwerks ist das Global Millimeter VLBI Array (GMVA), das sich über weite Strecken erstreckt Europa und Nord- und Südamerika mit mehr als einem Dutzend Einzelteleskopen. Um die Bildqualität zu verbessern, fügte das Team außerdem das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (Alma) und das Greenland Telescope hinzu.
Nur durch die spezielle Anordnung der Teleskope und die Wahl der Wellenlänge von 3,5 Millimetern konnten die Wissenschaftler den zentralen Motor der Galaxie abbilden und sehen, wie Materie in das Schwarze Loch fließt und in einem Jet nach außen beschleunigt wird.
Sie beobachteten den Kern der Galaxie bereits im April 2018 und brauchten Jahre, um die Daten zu interpretieren und das Bild zu rekonstruieren.
„Das spektakuläre Bild des Jets und Rings in M87 ist ein wichtiger Meilenstein und krönt die jahrelange Zusammenarbeit“, sagt Eduardo Ros, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Radioastronomie.
Das Bild des Kerns von M87, das Astronomen einige Jahre zuvor mit einer anderen Teleskopkonfiguration, dem Event Horizon Telescope, bei einer Wellenlänge von 1,3 Millimetern gewinnen konnten, zeichnet sich durch einen noch stärkeren Zoomfaktor aus. Es zeigt hauptsächlich Materie in einem vergleichsweise schmalen Ring in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs. Dieses Donut-ähnliche Bild markierte zum ersten Mal das Schwarze Loch selbst.
Den Grenzen der Physik nachspüren
Für J. Anton Zensus, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie, zeigen diese Erfolge, dass sich die jahrelange Entwicklung und kontinuierliche Erweiterung der Technologie dieser globalen Radioteleskopnetzwerke ausgezahlt hat. Doch die Grenzen dieser hochauflösenden Beobachtungstechnik sind noch nicht erreicht.
Neue, noch empfindlichere Funkempfänger des GMVA-Teleskops sollen den Astronomen weitere detaillierte Messungen ermöglichen. Neben der hier abgebildeten Lichtintensität können auch weitere Eigenschaften des Radiolichts extrahiert werden.
Die Polarisation ahmt beispielsweise die Struktur und Stärke des zugrunde liegenden Magnetfelds nach, das das Schwarze Loch umgibt und den Jet formt. Materie, die im dargestellten Bild durch ihre Radioemission sichtbar ist, bewegt sich entlang dieser unsichtbaren Magnetfeldlinien.
Diese und andere Messtechniken ermöglichen es, die physikalischen Prozesse in der unmittelbaren Umgebung eines Schwarzen Lochs zu untersuchen, das milliardenfach schwerer als die Sonne ist und die Grenzen der Physik verkörpert.
Galaxie M87: Wichtige Fakten
- Die Galaxie M87 ist auch als Virgo A oder Messier 87 bekannt. Es war das 87. Objekt, das vom französischen Astronomen Charles Messier katalogisiert wurde.
- Es befindet sich im Sternbild Jungfrau und ist Teil des Jungfrau-Galaxienhaufens. Er ist etwa 53.5 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
- Die Galaxie M87 ist eine der größten Galaxien im nahen Universum. Sie hat einen geschätzten Durchmesser von etwa 120,000 Lichtjahren und ist damit deutlich größer als unsere Milchstraßengalaxie.
- M87 ist dafür bekannt, eines der massereichsten Schwarzen Löcher zu beherbergen, die Astronomen kennen. Das Schwarze Loch in seinem Zentrum hat etwa die 6.5-Milliarden-fache Masse unserer Sonne und ist von einer rotierenden Scheibe aus heißem Gas und Plasma umgeben.
- Diese Galaxie weist auch einen markanten Strahl hochenergetischer Teilchen auf, der von ihrem zentralen Schwarzen Loch ausgeht. Der Jet erstreckt sich über 5,000 Lichtjahre und sendet Strahlung verschiedener Wellenlängen aus, darunter Radiowellen, sichtbares Licht und Röntgenstrahlen.
- M87 wird als elliptische Galaxie klassifiziert, was bedeutet, dass sie eine elliptische oder fußballähnliche Form hat. Es fehlen die ausgeprägten Spiralarme, die in Spiralgalaxien wie der Milchstraße zu sehen sind.
- Sie ist eine der hellsten Galaxien im Virgo-Cluster. Es hat eine visuelle Helligkeit von etwa 9.6 und ist daher unter günstigen Bedingungen mit Ferngläsern oder kleinen Teleskopen sichtbar.
- Es wird angenommen, dass M87 wie andere Galaxien von einem Halo aus dunkler Materie umgeben ist, einer mysteriösen Substanz, die kein Licht aussendet oder mit Licht interagiert, sondern einen Gravitationseinfluss ausübt.
- M87 hat mit anderen Galaxien im Virgo-Cluster interagiert, was zur Bildung von Gezeitenschweifen und Verzerrungen in seinen äußeren Regionen geführt hat.
- M87 wurde vom Hubble-Weltraumteleskop umfassend untersucht und lieferte detaillierte Bilder und Daten zu seiner Struktur, seinem Jet und seinem Schwarzen Loch.
Quelle: MPG
