Forscher des Event Horizon Telescope (EHT) haben einen scharfen Lichtring entdeckt, der von Photonen erzeugt wird, die um die Rückseite eines supermassereichen Schwarzen Lochs rasen. Die Beobachtung bestätigt eine Vorhersage von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie und wirft weiteres Licht auf die Masse des Schwarzen Lochs und den mächtigen Materiestrahl, der von dem supermassereichen Objekt ausgeht.
Das EHT ist eine globale Anordnung von Radioteleskopen, die zusammen eine Öffnung haben, die groß genug ist, um die unmittelbare Umgebung von supermassereichen Schwarzen Löchern aufzulösen. Im Jahr 2019 produzierten EHT-Wissenschaftler die allererstes Bild der leuchtenden Scheibe aus Gas und „Schatten“, die das supermassereiche Schwarze Loch M87* umgibt. Dieses Objekt befindet sich im Herzen der Galaxie Messier 87 und ist vermutlich etwa 7 Milliarden Mal massereicher als die Sonne. Das EHT wurde dann auf das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße gerichtet und an Bild der Scheibe und des Schattens dieses Objekts wurde Anfang dieses Jahres veröffentlicht.
Jetzt führten EHT-Forscher durch Avery Broderick vom kanadischen Perimeter Institute for Theoretical Physics und der University of Waterloo haben ihre Beobachtungen von M87* auf der Suche nach einem scharfen Lichtring überarbeitet, der von Photonen erzeugt wird, die eine halbe Umlaufbahn um die Rückseite des Schwarzen Lochs machen, bevor sie zur Erde reisen. Dieser Ring wird durch allgemeine relativistische magnetohydrodynamische Simulationen der Region um M87* vorhergesagt, konnte aber wegen der hellen Scheibe aus diffusem Licht, die von Photonen erzeugt wird, die direkt zur Erde wandern, nicht gesehen werden.
Glühwürmchen sehen
„Wir haben den Suchscheinwerfer ausgeschaltet, um die Glühwürmchen zu sehen“, sagt Broderick und fügt hinzu: „Wir konnten etwas Tiefgreifendes tun – eine grundlegende Signatur der Schwerkraft um ein Schwarzes Loch aufzulösen.“ Das Team tat dies mit einem neuen Bildgebungsalgorithmus, den es ergänzte THEMIS – ein Analyserahmen, der Forschern hilft, EHT-Beobachtungen zu verstehen.
Teammitglied Hung-Yi Pu von der National Taiwan Normal University sagt, dass der neue Algorithmus es der Zusammenarbeit ermöglicht, Elemente eines EHT-Bildes „abzuschälen“, so dass „die Umgebung um das Schwarze Loch dann klar sichtbar gemacht werden kann“.
Bau eines planetengroßen Teleskops
Das Team beobachtete nicht nur den Photonenring, sondern fand auch Beweise für einen starken rotierenden Materialstrahl, der aus der Region des Schwarzen Lochs ausgestoßen wurde. Letztere Beobachtung bestätigt die theoretische Vorhersage, dass die Rotation des Schwarzen Lochs einen starken Materialausfluss erzeugt. Diese jüngste Analyse in Kombination mit früheren Beobachtungen hat es dem Team auch ermöglicht, den bisher besten Wert für die Masse von M87* anzugeben und sie auf 7.13 ± 0.39 Milliarden Sonnenmassen festzulegen.
Die Theorie sagt voraus, dass um M87* mehr Ringe existieren sollten, die jeweils Photonen entsprechen, die unterschiedliche Umlaufbahnen um das Schwarze Loch machen. Das Team glaubt, dass es in der Lage sein sollte, seine Analyse zu verfeinern, um mindestens einen weiteren dieser Ringe zu sehen.
Die Forschung ist beschrieben in Das astrophysikalische Tagebuch.
