Es war vielleicht das erste Schwarze Loch, das die Menschheit fotografiert hat, aber die Essgewohnheiten des supermassereichen Schwarzen Lochs M87* sind nicht schön.
Das haben Astronomen herausgefunden, als sie Turbulenzen im Materiestrom oder „Akkretionsfluss“ untersuchten, der das supermassereiche Schwarze Loch speist, das sich 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Herzen der Galaxie Messier 87 (M87) befindet. Das Team konnte außerdem feststellen, dass die Achse, um die sich M87* dreht, von der Erde weg zeigt.
Diese eingehende Analyse von M87*, das eine Masse hat, die der von 6,5 Milliarden Sonnen entspricht, sowie der Struktur und Dynamik des überhitzten Gases oder „Plasmas“ an seinem äußeren Rand oder Ereignishorizont war dank Beobachtungen von möglich Das Event Horizon Telescope im April 2017 und April 2018. Diese Bilder ermöglichten eine mehrjährige Analyse mithilfe eines verbesserten und erweiterten Satzes von Computersimulationen.
„Die Beobachtungen von 2018 zeigen in Verbindung mit den Daten von 2017 ein differenziertes Bild des Akkretionsflusses von M87*“, sagte Eduardo Ros, Teammitglied und Forscher am Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), in einer Erklärung. „Die Studie unterstreicht die sich entwickelnde Natur der Plasmastrukturen in der Nähe des Ereignishorizonts und liefert Hinweise auf die Variabilitätsmechanismen, die die Umgebung von Schwarzen Löchern bestimmen.“
„Dieser iterative Prozess der Modellierung und Beobachtung ist entscheidend für die Aufklärung der Geheimnisse der Umgebungsdynamik von Schwarzen Löchern“, fügte Ros hinzu.
Ein Jahr im Leben eines supermassiven Schwarzen Lochs
Das erste Bild von M87* – und im Übrigen das erste Bild der Menschheit von einem Schwarzen Loch – wurde 2017 vom EHT aufgenommen und 2019 der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Es zeichnete sich durch seinen leuchtend goldenen Ring aus, der das umherwirbelnde Plasma darstellt Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mit nahezu Lichtgeschwindigkeit.
Einer der verblüffendsten Aspekte dieses Bildes von M87* war, wie sehr es den theoretischen Vorhersagen ähnelte, die mithilfe der Gravitationstheorie und der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein gemacht wurden.
Dieser Ring war in den Beobachtungen von 2018 immer noch vorhanden, aber seit den Beobachtungen von 2017 hatte sich sein hellster Abschnitt um etwa 30 Grad gegen den Uhrzeigersinn verschoben. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Verschiebung auf Turbulenzen im Plasmaring um M87* zurückzuführen ist.
„Die Akkretionsumgebung des Schwarzen Lochs ist turbulent und dynamisch. Da wir die Beobachtungen von 2017 und 2018 als unabhängige Messungen behandeln können, können wir die Umgebung des Schwarzen Lochs aus einer neuen Perspektive betrachten“, sagt Hung-Yi Pu, Teammitglied und Forscher am National heißt es in der Erklärung der Taiwan Normal University. „Diese Arbeit unterstreicht das transformative Potenzial der Beobachtung der zeitlichen Entwicklung des Schwarzen Lochs.“
Unter Verwendung des Dreifachen der im Jahr 2017 verfügbaren Daten untersuchte das EHT-Team Modelle darüber, wie sich M87* in beiden Jahren ernährte oder „anhäufte“.
Wenn einem Schwarzen Loch Materie aus der es umgebenden abgeflachten Materiewolke, der sogenannten Akkretionsscheibe, zugeführt wird, kann sich diese Materie spiralförmig nach innen in die Richtung drehen, in die sich das Schwarze Loch dreht – oder sie kann in die entgegengesetzte Richtung nach innen zugeführt werden.
Die Veränderungen zwischen den M87*-Bildern von 2017 und 2018 scheinen mit dem nach innen und entgegen der Rotation des riesigen Schwarzen Lochs strömenden Gas übereinzustimmen.
Die Ergebnisse des Teams ergeben zusammen mit den Beobachtungen des Schattens von M87* aus dem Jahr 2023 durch das Global Millimeter VLBI Array (GMVA) ein detaillierteres Bild des Schwarzen Lochs dieses Monsters, seiner Umgebung und seiner Dynamik.
„Diese Studie unterstreicht die Bedeutung der Einbeziehung größerer und vielfältigerer Simulationssätze in die Untersuchung des supermassereichen Schwarzen Lochs“, sagte Christian M. Fromm, Mitglied der EHT-Theoriegruppe und MPIfR-Forscher, in der Stellungnahme. „Durch die Integration von Multi-Epochen-Daten mit fortschrittlichen Modellen können wir die dynamischen Prozesse besser verstehen, die die in der Nähe von M87* beobachteten Helligkeitsschwankungen bestimmen.“
Das EHT-Team untersucht weiterhin die vom erdgroßen Teleskoparray in den Jahren 2021 und 2022 gesammelten Daten, um tiefere Einblicke in den turbulenten Plasmafluss um M87* zu erhalten.
„Dieser Ansatz ebnet den Weg für zukünftige Studien, die sich auf das komplexe Zusammenspiel von Plasmadynamik und Schwarzlochspin konzentrieren.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am Mittwoch (22. Januar) in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
