Wissenschaftler nehmen das erste Bild des Düsenstrahls vom Rand eines Schwarzen Lochs auf: ScienceAlert

Neue Bilder des meistfotografierten dunklen Lochs im Universum geben Einblick in das Verhalten des mysteriösen Schwarzen Lochs.

Zum ersten Mal suchen wir nach der Quelle eines massiven Plasmaausbruchs, der vom Rand des supermassiven Schwarzen Lochs M87* in den Weltraum strömt. Es ist auch das erste Mal, dass wir den Schatten und den Strahl des Schwarzen Lochs zusammen auf demselben Bild sehen, ein Anblick, der Astronomen dabei helfen sollte zu lernen, wie diese riesigen Plasmaausbrüche entstehen.

„Wir wissen, dass Jets aus der Region um schwarze Löcher schießen“, sagt der Astronom Ro Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory in China: „Aber wir verstehen immer noch nicht ganz, wie das tatsächlich passiert. Um dies direkt zu untersuchen, müssen wir den Ursprung des Jets so nah wie möglich am Schwarzen Loch beobachten.“

Schwarze Löcher sind, wie wir alle wissen, berüchtigt dafür, dass sie nichts aussenden, was wir erkennen können. Sie sind so dicht, dass sich die Raumzeit effektiv in eine geschlossene Sphäre um sie wickelt, sodass es im Universum keine Geschwindigkeit gibt, die ausreicht, um die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen. Aber der Raum außerhalb der Grenzen dieser Sphäre – was wir den Ereignishorizont nennen – ist eine andere Sache.

Dies ist eine extreme Region, in der die Schwerkraft an erster Stelle steht. Jede Materie in der Nähe gerät in seinen Hinterhalt und dreht sich zu einer Materialscheibe, die wie Wasser in einer Rinne durch das Schwarze Loch fließt. Reibung und Schwerkraft erhitzen dieses Material und bringen es zum Glühen; Das haben wir auf dem mittlerweile berühmten Bild von M87* gesehen, das erstmals 2019 veröffentlicht wurde, aus Daten, die 2017 vom Event Horizon Telescope (EHT) kooperieren.

Aber nicht alle Materie wird notwendigerweise über den Ereignishorizont hinausgezogen. Einige gleiten zum Rand, bevor sie aus den Polarregionen des Schwarzen Lochs ins All geschleudert werden, und bilden Jets, die sich mit einem erheblichen Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen und große Entfernungen im interstellaren Raum durchdringen können.

Astronomen glauben, dass dieses Material vom inneren Rand der Scheibe entlang Magnetfeldlinien außerhalb des Ereignishorizonts verschoben wurde. Diese magnetischen Feldlinien beschleunigen die Teilchen, sodass sie, wenn sie die Pole erreichen, sehr schnell ins All geschleudert werden.

Das sind die Umrisse. Es ist schwer, die Details festzulegen. Wir wissen, dass M87* ein Flugzeug hat 100.000 Lichtjahre entfernt bei Radiowellenlängen, die etwa dem Durchmesser unserer Galaxie entsprechen. Daher nutzten Astronomen 2018 die leistungsstarken Radioteleskope von United, um das Global mm-VLBI Array (GMVA), um zu sehen, ob sie den Bereich, von dem die Flugzeuge abheben, im Detail erfassen können. Es sammelte längerwellige Daten vom EHT und enthüllte unterschiedliche Informationen.

„Die M87 wurde über viele Jahrzehnte hinweg beobachtet, und vor 100 Jahren wussten wir, dass das Flugzeug existierte, aber wir konnten es nicht in einen Kontext stellen“, sagte er. sagt Lou. „Mit GMVA, einschließlich der Hauptinstrumente in NRAO und GBO, bemerken wir weniger Zögern, sodass wir mehr Details sehen – und jetzt wissen wir, dass es mehr Details zu sehen gibt.“

Die etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie M87 beherbergt ein supermassereiches Schwarzes Loch mit etwa 6,5 ​​Milliarden Sonnenmassen und sammelt aktiv Materie aus einer Scheibe um sie herum. Das vom EHT aufgenommene Bild zeigte zum ersten Mal den Schatten dieses Schwarzen Lochs – eine dunkle Region im Zentrum eines leuchtenden Materialrings, der durch die Gravitationskrümmung der Raumzeit verzerrt ist.

Das neue Bild zeigt einen breiteren Raumbereich als das EHT-Bild. Es zeigt, dass die Reichweite des Plasmas um M87* viel größer ist als das, was wir auf dem EHT-Bild sehen, ebenso wie die Quelle des Jets.

„Die ursprüngliche EHT-Bildgebung zeigte nur einen Teil der Akkretionsscheibe, der das Zentrum des Schwarzen Lochs umgibt. Indem wir die Beobachtungswellenlänge von 1,3 mm auf 3,5 mm änderten, können wir gleichzeitig mehr von der Akkretionsscheibe und jetzt auch vom Jet sehen Zeit,“ sagt der Astronom Tony Minter Nationales Observatorium für Radioastronomie. „Dabei zeigte sich, dass der Ring um das Schwarze Loch 50 Prozent größer ist, als wir bisher angenommen hatten.“

Das neue Bild enthüllte auch neue Informationen darüber, wie der Jet aus der Region des Weltraums um das Schwarze Loch herum gestartet wird, was bestätigt, dass magnetische Feldlinien tatsächlich eine wichtige Rolle beim Abtransport von Material spielen, das in Form von Jets gestartet werden soll.

Aber sie handeln nicht allein. A Starker Wind Es wird von der Scheibe selbst emittiert, angetrieben durch Strahlungsdruck. Das Foto zeigt, dass diese Winde zur Entstehung des M87 beitragen.

Dies ist ein sehr wichtiger Durchbruch in der Wissenschaft der Schwarzen Löcher, aber die Forscher sind noch nicht fertig. Im gesamten Funkspektrum gibt es viel zu sehen, und das M87* hat bewiesen, dass es das kann.

„Wir planen, die Region um das Schwarze Loch im Zentrum von M87 bei verschiedenen Radiowellenlängen zu überwachen, um die Emission des Jets zu untersuchen“, sagt der Astronom Eduardo Ross vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Deutschland. „Die kommenden Jahre werden spannend, da wir mehr darüber erfahren können, was in der Nähe einer der mysteriösesten Regionen des Universums passiert.“

Forschung veröffentlicht in Natur.