04.04.2024

Starke magnetische Felder am Rande des zentralen schwarzen Lochs der Milchstraße

Magnetfeldstruktur ist jener des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 verblüffend ähnlich.

Ein neues Bild des Event Horizon Telescope hat starke und organisierte Magnetfelder nachgewiesen, die sich spiralförmig vom Rand des supermassereichen schwarzen Lochs Sagittarius A* ausbreiten. Dieser neue Blick auf das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, zum ersten Mal aufgenommen in polarisiertem Radiolicht, zeigt eine Magnetfeldstruktur, die der des schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 verblüffend ähnlich ist. Das deutet darauf hin, dass starke Magnetfelder allen schwarzen Löchern gemeinsam sind. Diese Ähnlichkeit lässt auch auf einen verborgenen Jet in Sgr A* schließen.

Abb.: Blick auf das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße in polarisiertem...
Abb.: Blick auf das schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße in polarisiertem Licht. Die Linien markieren die Ausrichtung der Polarisation, die mit dem Magnetfeld um den Schatten des Schwarzen Lochs zusammenhängt.
Quelle: EHT Coll.

Das erste Bild von Sgr A* in etwa 27.000 Lichtjahren Entfernung von der Erde wurde im Jahr 2022 veröffentlicht. Dabei zeigte sich, dass das supermassereiche schwarze Loch der Milchstraße zwar mehr als tausendmal kleiner und weniger massereich ist als das von M87, aber dennoch bemerkenswert ähnlich aussieht. Das veranlasste die Wissenschaftler zu der Frage, ob die beiden Objekte über ihr Aussehen hinaus gemeinsame Merkmale aufweisen. Um das herauszufinden, beschloss das Team, Sgr A* in polarisiertem Licht zu untersuchen. Frühere Studien des Lichts in der Umgebung von M87* zeigten, dass die Magnetfelder um dieses schwarze Loch es ihm ermöglichen, starke Materialstrahlen in die Umgebung zu schleudern. Darauf aufbauend haben die neuen Bilder gezeigt, dass dasselbe auch für Sgr A* gelten könnte.

„Was wir jetzt sehen, ist, dass es starke, verdrehte und organisierte Magnetfelder in der Nähe des schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße“, sagt Sara Issaoun vom Harvard Center for Astrophysics. „Zusammen mit der Tatsache, dass Sgr A* eine auffallend ähnliche Polarisationsstruktur aufweist wie das viel größere und massereichere schwarze Loch M87*, haben wir gelernt, dass starke und geordnete Magnetfelder entscheidend dafür sind, wie schwarze Löcher mit dem Gas und der Materie um sie herum wechselwirken.“

Im Plasma um schwarzen Löcher wirbeln elektrisch geladene Teilchen um die Magnetfeldlinien und erzeugen ein Polarisationsmuster, das senkrecht zum Feld steht. Das ermöglicht es den Astronomen, die Vorgänge in den Regionen der schwarzen Löcher genauer zu beobachten und deren Magnetfeldlinien zu kartieren.

Neben der Gesamtintensität verrät die Polarisationsinformation des Lichts viel mehr über die Astrophysik, die Eigenschaften des Gases und die Mechanismen, die bei der Fütterung eines schwarzen Lochs ablaufen. Durch die Abbildung des polarisierten Lichts von heißem, glühendem Gas in der Nähe von schwarzen Löchern können Astronomen direkt auf die Struktur und Stärke der Magnetfelder schließen, die den Fluss von Gas und Materie steuern, den das schwarze Loch aufnimmt und ausstößt.

Die Wissenschaftler sind begeistert, dass sie nun Bilder von beiden supermassereichen schwarzen Löchern in polarisiertem Licht haben. Diese Bilder und die dazugehörigen Daten bieten neue Möglichkeiten, schwarze Löcher unterschiedlicher Größe und Masse zu vergleichen und einander gegenüberzustellen. Mit der Verbesserung der Technologie werden die Bilder wahrscheinlich noch mehr Geheimnisse der schwarzen Löcher und ihrer Ähnlichkeiten oder Unterschiede enthüllen.

„Die auffallende Ähnlichkeit zwischen der Magnetfeldstruktur von M87* und der von Sgr A* ist bemerkenswert, weil sie die Möglichkeit aufwirft, dass trotz der Unterschiede in Masse, Größe und Umgebung die physikalischen Mechanismen, die die Fütterung und den Jetauswurf eines Schwarzen Lochs steuern, allen supermassereichen Schwarzen Löchern gemeinsam sind“, erklärt  Christian Fromm von der Uni Würzburg. „Wir können dieses Ergebnis nun nutzen, um theoretische Modelle und Simulationen zu verbessern, was zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen auf die Materie in der Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs führt.“

Das EHT hat seit 2017 mehrere Beobachtungen durchgeführt und wird Sgr A* voraussichtlich im April 2024 erneut beobachten. Jedes Jahr werden die Bilder besser, da das EHT neue Teleskope, größere Bandbreiten und neue Beobachtungsfrequenzen einsetzt. Die für das nächste Jahrzehnt geplanten Aufrüstungen werden hochauflösende Filme von Sgr A* ermöglichen, die möglicherweise einen verborgenen Jet enthüllen und es den Astronomen erlauben, ähnliche Polarisationsmerkmale in anderen schwarzen Löchern zu beobachten. In der Zwischenzeit wird die Erweiterung des EHT in den Weltraum schärfere Bilder von schwarzen Löchern liefern als je zuvor.

MPIfR / RK

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