Das schwarze Loch im Zentrum der Galaxie Messier 87 ist ein kosmisches Phänomen gigantischen Ausmaßes: M87 ist mehr als 1.000-mal schwerer als das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße. Es war zudem das erste schwarze Loch, von dem Wissenschaftlern eine gezielte Aufnahme gelungen ist.
Jetzt ist M87 wieder an einer Novität beteiligt: Zum ersten Mal konnte ein Forschungsteam bildlich den Zusammenhang zwischen einem schwarzen Loch und dem von ihm ausgestoßenen Energiestrahl – Jet genannt – direkt nachweisen.
Ein Forschungsteam mit Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie hat dafür einen weltweiten Verbund von Radioteleskopen (Global mm-VLBI Array, kurz GVMA) genutzt, der zusätzlich mit Teleskopen aus Grönland und Chile verstärkt wurde, wie aus einer Pressemitteilung des Informationsdienstes Wissenschaft hervorgeht.
Was ist ein Jet?
Jets sind Materiestrahlen mit hochenergetischen Teilchen, die von massereichen schwarzen Löchern ausgestoßen werden. Das klingt zunächst erstaunlich, denn schwarze Löcher verschlingen eigentlich die Materie in ihrer direkten Umgebung. Wie bei der Caltech-University zu lesen ist, wird allerdings ein kleiner Teil der Materie nicht eingesogen, sondern vom Rand des schwarzen Loches beinahe mit Lichtgeschwindigkeit in einem geraden Strom ins All geschossen. Einige Jets reichen sogar so weit, dass sie aus ihrer Ursprungsgalaxie herausstrahlen.
Das passiert durch magnetische Kräfte oder, nach einer neueren Theorie, über Schockwellen, deren Ursache allerdings nicht abschließend geklärt ist. Die Jets gelten als Quelle der kosmischen Strahlung und somit der am schnellsten reisenden Teilchen im Universum. Jets werden allerdings nicht nur bei schwarzen Löchern beobachtet, sondern beispielsweise auch bei der Entstehung von Protosternen.
Was ist neu an den Bildern?
„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“, wird Ru-Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory in der Pressemeldung zitiert.
„Jetzt erkennen wir, wie der Jet aus dem Emissionsring um das schwarze Loch austritt, und wir können den Ringdurchmesser bei einer anderen Wellenlänge messen“, sagt Thomas Krichbaum vom MPIfR Bonn.
GMVA+ALMA-Bild der zentralen Region des schwarzen Lochs in Messier 87. (Bild: R. Lu et al, Nature 2023)
Auch von Materie, die in ein schwarzes Loch hineinfällt, hätte es zuvor noch kein direktes Bild gegeben. Das ist dank der neuen Aufnahmen nun anders: „Der große und dicke Ring, den wir nun sehen, erklärt sich durch das Gas, das in das schwarze Loch fällt.“ Die Aufnahmen könnten dabei helfen, den Zusammenhang zwischen der ins schwarze Loch hineinfallenden Materie und dem ausgestoßenen Jet besser zu verstehen. Insgesamt sei das Bild ein „Meilenstein“ und die Krönung der gemeinsamen Arbeit. Es wurde im Fachmagazin Nature veröffentlicht.
Was passiert als Nächstes?
Das schwarze Loch „M87“ soll weiter erforscht und hochauflösend kartiert werden. Dabei werde man Messungen der Radiofarbe des Jets und des Schattens des schwarzen Loches vornehmen, so Jae-Young Kim von der Kyungpook südkoreanischen National University in Daegu. Durch diese Arbeit soll auch die Leistungsfähigkeit des weltweiten Teleskopverbundes (GMVA) verbessert werden. Schon vor zehn Jahren konnte der Verbund von Radioteleskopen so scharf sehen, dass man von Deutschland aus ein Straßenschild in New York entziffern könnte, wie beim Deutschlandfunk zu lesen war.
Einen anderen Weg, bessere Bilder von M87 zu erhalten, hatte kürzlich ein Team der Universität Berkeley gewählt: Dort wurde mittels KI und maschinellem Lernen die sechs Jahre alte Aufnahme des Event Horizon Telescopes deutlich verbessert.
Schwarze Löcher stecken noch voller wissenschaftlicher Rätsel
Schwarze Löcher haben eine so hohe Anziehungskraft, dass ihnen kein Licht entweichen kann. Deshalb sind direkte Aufnahmen eigentlich unmöglich. Abbildungen gelingen nur durch die Beobachtung der Sterne, Staubwolken und Gase in der Umgebung. „Glücklicherweise“ wird die Materie in der Umgebung eines schwarzen Lochs so stark erhitzt, dass sie in Röntgenstrahlen leuchtet, die wiederum von entsprechenden Teleskopen beobachtet werden können.
Noch immer gibt es zahlreiche ungeklärte Fragen, beispielsweise um die Entstehung supermassiver schwarzer Löcher – oder natürlich um ihr Inneres. Hier findet ihr zehn erstaunliche Fakten, die ihr kennen solltet:
