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EVENT HORIZON TELESCOPE
Magnetfelder am Rand eines Schwarzen Lochs
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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25. März 2021

Das Forschungsteam des Event Horizon Telescope (EHT) hat gestern neue Beobachtungen der Region unmittelbar um das supermassereiche Schwarze Loch der Galaxie Messier 87 präsentiert. Sie könnten erklären helfen, wie die Galaxie einen energiereichen Jet aus ihrem Kernbereich erzeugen kann. Entscheidend war dabei die Messung der polarisierten Radiostrahlung aus dem Bereich.

M 87

Polarisation im Zentrum der Galaxie M 87: Die Polarisations-"Feldlinien" sind über einem Bild der Gesamtintensität (dem Bild vom "Schatten eines Schwarzen Lochs" vom April 2019) aufgetragen. Um die Regionen mit stärkerer Polarisation hervorzuheben, wurde Länge und Opazität der Linien mit der polarisierten Intensität skaliert. Bild vergrößern Polarisation im Zentrum der Galaxie M87. Bild: EHT-KollaborationDuran/MPIfR [Großansicht]

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 haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Event-Horizon.Telescope-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 M 87 polarisiert ist.

"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. 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 dem Team, 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", sagt Alan Roy, Projektwissenschaftler für VLBI (Very Large Baseline Interferometry) am MPIfR-APEX-Teleskop (Atacama Pathfinder Experiment) im Norden von Chile. 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.

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Mithilfe 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.

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 30-Meter-IRAM-Teleskop im spanischen Pico Veleta, zu einem virtuellen Teleskop von Erdgröße. Die Daten wurden an zwei speziellen Hochleistungsrechnern, sogenannten Korrelatoren, zusammengeführt und verarbeitet, von denen sich einer am Max-Planck-Institut für Radioastronomie 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.

"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", ist J. Anton Zensus, Gründungsvorsitzender der EHT-Kollaboration und Direktor am Bonner Max-Planck-Institut überzeugt.  

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.

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siehe auch
Nordic Optical Telescope: Der verdrillte Jet von M 87 - 6. Juli 2020
Event Horizon Telescope: Der Schatten des Schwarzen Lochs von M87 - 10. April 2019
Links im WWW
The Event Horizon Telescope Collaboration, Akiyama, K. et al. (2021): First M87 Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring, ApJL, 910, L12
The Event Horizon Telescope Collaboration, Akiyama, K. et al. (2021): First M87 Event Horizon Telescope Results. VIII. Magnetic Field Structure near The Event Horizon  ApJL, 910, L13
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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