Schwarzes Loch in polarisiertem Licht

Am 10. April 2019 veröffentlichten Wissenschaftler das allererste Bild eines Schwarzen Lochs, das eine helle ringförmige Struktur mit einer dunklen zentralen Region – dem Schatten des Schwarzen Lochs – zeigt. Die zugrunde liegenden Daten, gesammelt mit dem Event Horizon Telescope, hat die Kollaboration seither noch eingehender untersucht. Ein signifikanter Anteil des Lichts um das supermassereiche Objekt im Zentrum der Galaxie M87 ist demnach polarisiert. Und das zeige deutlich, dass der Ring um das Schwarze Loch magnetisiert ist, berichtet das Team nun in zwei separaten Artikeln in der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal Letters“.

Um das Herz der 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie M87 zu untersuchen, verbanden die Astronomen acht Radioteleskope auf der gesamten Welt, darunter ALMA und APEX in Chile sowie Observatorien in Europa, Hawaii und sogar am Südpol. Mit diesem virtuellen Teleskop, dem Event Horizon Telescope, konnten die mehr als dreihundert beteiligten Forscher den Schatten des Schwarzen Loch und den ihn umgebenden Lichtring direkt beobachten. Die weitere Datenanalyse ergänzt nun das bisherige Bild, indem es auch die Schwingungsebene der empfangenen elektromagnetischen Wellen berücksichtigt. „Diese Arbeit ist ein wichtiger Meilenstein: Die Polarisation des Lichts birgt Informationen, die es uns erlauben, die Physik hinter dem Bild, das wir im April 2019 gesehen haben, besser zu verstehen. Das war vorher nicht möglich“, erklärt Teammitglied Iván Martí-Vidal von der Universität Valencia in Spanien.

Denn mithilfe der Polarisation können die Astronomen die Magnetfeldlinien am inneren Rand des Schwarzen Lochs kartieren. „Wir sehen jetzt das nächste entscheidende Puzzleteil für das Verständnis, wie sich Magnetfelder um Schwarze Löcher herum verhalten und wie die Aktivität in diesen sehr kompakten Regionen des Weltraums starke Jets antreiben kann, die sich weit über die Galaxie hinaus erstrecken“, sagt Koautorin Monika Mościbrodzka von der Radboud Universität in den Niederlanden. Bei Jets handelt es sich um energiereiche Materiestrahlen, die aus dem Kern von M87 entspringen und sich über Tausende von Lichtjahren in den Weltraum ausbreiten. Wie genau sie entstehen, ist bislang allerdings unklar.

Tatsächlich fällt die meiste Materie, die sich in der Nähe des Randes eines Schwarzen Lochs befindet, hinein. Nur einige der umgebenden Teilchen können kurz vorher entkommen und werden in Form von Jets weit ins All hinausgeschleudert. Doch auch wie die Materie in das Schwarze Loch gelangt, ist bisher noch nicht genau verstanden. Die neuen Ergebnisse liefern nun wichtige Hinweise darauf, wie sich Materie in der Nähe eines supermassereichen Objekts verhält.

„Die Beobachtungen legen nahe, dass die Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs stark genug sind, um das heiße Gas zurückzudrängen und es dabei zu unterstützen, der Schwerkraft zu widerstehen. Nur das Gas, das durch das Feld schlüpft, kann sich spiralförmig nach innen zum Ereignishorizont bewegen“, erklärt Teammitglied Jason Dexter von der University of Colorado in Boulder, USA. Der Ereignishorizont bezeichnet die Grenze, ab der weder Licht noch Materie dem Schwarzen Loch entkommen kann.

Künftig wollen die Astronomen das supermassereiche Objekt in M87 mit dem weiterentwickelten Event Horizon Telescope – technisch aufgerüstet und durch neue Observatorien ergänzt – die Magnetfeldstruktur um das kompakte Objekt noch genauer abbilden und so mehr über die Physik des heißen Gases in dieser Region erfahren.