Können Schwarze Löcher berühmt sein? Wenn sie können, dann qualifiziert sich derjenige im Herzen der M87-Galaxie. Und dieses berühmte Schwarze Loch sendet Materialstrahlen aus, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen.
Das Schwarze Loch im Herzen der Messier-87-Galaxie trägt den Namen M87* und wird seit langem von Astronomen beobachtet. Letztes Jahr hat das Event Horizon Telescope ein Bild von M87* aufgenommen, das allererste Bild eines Schwarzen Lochs. Dieses Bild trug nur zum Ruhm von M87* bei.
Das Event Horizon Telescope (EHT) – eine planetengroße Anordnung von acht bodengestützten Radioteleskopen, die durch internationale Zusammenarbeit geschmiedet wurde – hat im April 2019 den ersten direkten visuellen Beweis des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum von Messier 87 und seines Schattens erfasst : Zusammenarbeit mit dem Event Horizon-Teleskop
M87 ist auch als Jungfrau A oder NGC 4486 bekannt. Es ist ein überriesige elliptische Galaxie im Sternbild Jungfrau, etwa 53 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. M87 umfasst etwa 240.000 Lichtjahre, etwas mehr als die Milchstraße. Es ist von unglaublichen 12.000 Kugelsternhaufen umgeben, verglichen mit den kümmerlichen 200 der Milchstraße. Wie andere Ellipsentrainer glauben Wissenschaftler, dass M87 durch Verschmelzungen so massiv geworden ist.
M87* (M87-Stern) ist ein supermassives Schwarzes Loch (SMBH) im Zentrum von M87 mit einer der höchsten Massen aller SMBHs. Sie ist etwa 6,5 Milliarden Mal massereicher als die Sonne. M87* ist 55 Millionen Lichtjahre entfernt und sendet einen relativistischen Materiestrahl aus, der sich etwa 5.000 Lichtjahre in den Weltraum erstreckt. Vor Jahren hat die Hubble ein bekanntes zusammengesetztes Bild des Jets sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Licht aufgenommen.
Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops eines 5000 Lichtjahre langen Jets, der von der aktiven Galaxie M87 ausgestoßen wurde. Die blaue Synchrotronstrahlung kontrastiert mit dem gelben Sternenlicht der Wirtsgalaxie. Die um das Bild verteilten Punkte sind keine einzelnen Sterne, sondern Kugelsternhaufen. Bildnachweis: NASA/The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Astronomen beobachten seit Jahren den Materialstrahl von M87* in verschiedenen Wellenlängen: Radio, Optik und Röntgen. Nun zeigen Chandra-Röntgenbeobachtungen zum ersten Mal, dass sich Abschnitte dieses Jets mit mehr als 99 % der Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Ein älteres Bild von M87 aus dem Jahr 1988 in Funk und Optik. Die Radiobilder wurden mit dem Very Large Array Radioteleskop und dem Very Long Baseline Array aufgenommen und sind vom Hubble aus sichtbar. Von NASA, National Radio Astronomy Observatory/National Science Foundation, John Biretta (STScI/JHU) und Associated Universities, Inc. – http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/1999/43/, Public Domain , https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=706570
„Dies ist das erste Mal, dass solch extreme Geschwindigkeiten des Jets eines Schwarzen Lochs mithilfe von Röntgendaten aufgezeichnet wurden“, sagte Ralph Kraft vom Center of Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) in Cambridge, Massachusetts, in a Pressemitteilung . „Für diese Messungen brauchten wir die scharfe Röntgensicht von Chandra.“ Kraft präsentierte diese neuen Ergebnisse kürzlich auf dem Treffen der American Astronomical Society in Honolulu, Hawaii. Die Ergebnisse werden auch in einem Papier mit dem Titel „ Erkennung superluminaler Bewegungen im Röntgenstrahl von M87 “ im Astrophysical Journal.
Was verursacht die Jets?
Ein Schwarzes Loch wie M87* zieht Material ins Zentrum der Galaxie. Wenn sich das Material nähert, beginnt es sich in einer Struktur namens an . um das Schwarze Loch zu drehen Akkretionsscheibe . Aber dieses Material ist nicht dazu verdammt, in das Loch gesaugt zu werden.
Nur ein kleiner Teil davon fällt hinein, während ein Teil wieder in den Weltraum ausgestoßen wird. Das ausgestoßene Material nimmt die Form eines Strahls oder Strahls an, der magnetischen Feldlinien folgt. Diese Jets sind nicht glatt und strukturlos: Sie weisen Klumpen oder Knoten auf, die Observatorien wie die Chandra sehen können.
Die Vorstellung eines Künstlers über die Jets eines supermassiven Schwarzen Lochs. Bildnachweis: NASA / Dana Berry / SkyWorks Digital
Zwei dieser Knoten sind für Astronomen von besonderem Interesse. Sie haben im Laufe der Jahre Bilder verwendet, um die Bewegung dieser Knoten zu verfolgen. Sie sind etwa 900 bzw. 2500 Lichtjahre vom SMBH entfernt. Röntgendaten des Chandra-Observatoriums zeigen, dass sich die Knoten mit unglaublichen Geschwindigkeiten fortbewegen: 6,3-fache Lichtgeschwindigkeit für den Knoten, der dem Zentrum am nächsten ist, und 2,4-fache Lichtgeschwindigkeit für den anderen.
Warte ab. Nichts reist schneller als die Lichtgeschwindigkeit
Aber das ist unmöglich. Nichts bewegt sich schneller als die Lichtgeschwindigkeit. Das ist natürlich wahr, also muss hier etwas anderes vor sich gehen.
Dass etwas anderes heißt „ überluminale Bewegung . '
„Eines der unumstößlichen Gesetze der Physik ist, dass sich nichts schneller als Lichtgeschwindigkeit bewegen kann“, sagte der Co-Autor der Studie, Brad Snios, ebenfalls vom CfA. „Wir haben die Physik nicht durchbrochen, aber wir haben ein Beispiel für ein erstaunliches Phänomen namens Superluminal-Bewegung gefunden.“
Die superluminale Bewegung beinhaltet die Geschwindigkeit des Objekts und seinen Weg relativ zu unserer Sichtlinie. Wenn sich ein Objekt, in diesem Fall der Materialstrahl, mit nahezu Lichtgeschwindigkeit und nahe unserer Sichtlinie bewegt, erzeugt es eine Illusion, die als Superluminal-Bewegung bezeichnet wird. Denn der Materialstrahl selbst bewegt sich fast so schnell wie das von ihm erzeugte Licht. Da der Jet von M87* fast genau auf uns gerichtet ist, erzeugt er diese scheinbar unmöglichen Geschwindigkeiten.
Superluminale Bewegung tritt auf, wenn sich etwas mit nahezu Lichtgeschwindigkeit auf unsere Sichtlinie zubewegt. Bildnachweis: Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2295546
Astronomen haben diese Jets schon einmal mit diesen Geschwindigkeiten gesehen, aber noch nie im Röntgenlicht. Das heißt, sie waren sich nie sicher, dass es die Materialklumpen selbst waren, die sich mit 99 % der Lichtgeschwindigkeit bewegten. Es könnten eher Stoßwellen als die Klumpen gewesen sein.
Der Jet von M87* bewegt sich spiralförmig um ein Magnetfeld, und das half, die Geschwindigkeit der Jets zu verdeutlichen. In den Röntgenbeobachtungen stellte das Team hinter der Studie fest, dass das Merkmal mit der höchsten beobachteten Geschwindigkeit – der 6,3-fachen Lichtgeschwindigkeit – zwischen 2012 und 2017 um mehr als 70 % verblasste. Das Verblassen trat nur in Röntgenstrahlen auf, nicht im optischen und UV-Bereich und wird wahrscheinlich dadurch verursacht, dass die Teilchen im Laufe der Zeit Energie verlieren, wenn sie sich um das Magnetfeld drehen. Dieses Phänomen wird als Synchrotronkühlung bezeichnet. Das bedeutet, dass die Astronomen zu unterschiedlichen Zeiten Röntgenstrahlen von denselben Teilchen sahen, was bedeutet, dass das, was sie beobachten, keine Welle sein kann, sondern die Teilchen im Jet selbst sein müssen.
„Unsere Arbeit liefert den bisher stärksten Beweis dafür, dass sich Partikel im Jet von M87* tatsächlich nahe der kosmischen Geschwindigkeitsbegrenzung bewegen“, sagte Snios.
Chandra, EHT und M87*
Die Chandra-Daten und das Event Horizon Telescope ergänzen sich gut, wenn es um die Untersuchung von M87* geht. Als das EHT den Ereignishorizontring um das Schwarze Loch abbildete, war es eine sechstägige Momentaufnahme. Aber die Chandra-Studie des Jets untersucht Material, das Hunderte und sogar Tausende von Jahren zuvor aus M87* ausgestoßen wurde.
Das EHT-Bild ist auch etwa 100 Millionen Mal kleiner als der Jet, den Chandra aufgenommen hat.
„Es ist, als würde das Event Horizon Telescope eine Nahaufnahme eines Raketenwerfers geben“, sagte Paul Nulsen vom CfA, ein weiterer Co-Autor der Studie, „und Chandra zeigt uns die Raketen im Flug.“
Mehr:
- Pressemitteilung: Berühmtes Schwarzes Loch hat Jet, der das kosmische Geschwindigkeitslimit überschreitet
- Forschungsbericht: Erkennung superluminaler Bewegungen im Röntgenstrahl von M87
- Universum heute: Messier 87 – die Jungfrau eine übergroße Galaxie