Zum ersten Mal wurde das Magnetfeld beobachtet, das das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umgibt. Astronomen nutzen die Ereignis-Horizont-Teleskop (EHT) waren von der Ordnung des Feldes überrascht, das in der extrem gewalttätigen Umgebung um das Schwarze Loch Sagittarius A* herrscht. Die Studie könnte zu einem besseren Verständnis der entscheidenden Rolle führen, die das Magnetfeld bei der Ernährung des Schwarzen Lochs mit umgebender Materie spielt.

Dies ist das zweite Mal, dass das EHT das Magnetfeld eines supermassiven Schwarzen Lochs beobachtet hat. Im Jahr 2021 entdeckte es das Feld des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie Messier 87 (M87).

Es wird angenommen, dass supermassereiche Schwarze Löcher von Plasma umgeben sind, das in den Gravitationsabgrund wirbelt. Dadurch entsteht ein starkes Magnetfeld, das dann mit dem einfallenden Material interagieren kann. Dieses beschleunigende Material sendet große Mengen Strahlung aus, darunter auch Radiowellen, die durch das lokale Magnetfeld polarisiert werden.

Globales Netzwerk

Das EHT ist ein globales Netzwerk von Radioteleskopen, die diese Polarisation messen und so das Magnetfeld um ein Schwarzes Loch kartieren können.

Sagittarius A* wiegt etwa 6.6 Millionen Sonnenmassen – tausendmal weniger massereich als der gigantische M87. Trotz dieses großen Unterschieds waren die EHT-Astronomen von der Ähnlichkeit der Magnetfelder der beiden Objekte überrascht.

„Wir haben erwartet, eine Signatur des Magnetfelds zu finden, einfach weil wir wissen, dass Sagittarius A* immer noch frisst, nur sehr langsam“, sagt er Ziri Younsi vom University College London, der Mitglied des EHT-Teams ist. „Was wir nicht erwartet hatten, war, dass das Muster der Polarisation in der Morphologie M87 so ähnlich sein würde.“

Es wird erwartet, dass alle supermassiven Schwarzen Löcher, die Materie ansammeln, über ein Magnetfeld verfügen, das in ihre Akkretionsscheiben eingebettet ist. Das Feld ist im Plasma knapp außerhalb des Ereignishorizonts verankert und wird dann durch die Rotation des Schwarzen Lochs verstärkt. Das Schwarze Loch M87 ist sehr aktiv und verfügt im Vergleich zu Sagittarius A* über eine große Akkretionsscheibe aus Plasma.

Den Fluss kontrollieren

Die Magnetfelder beider Objekte weisen magnetische Feldlinien in wirbelartiger Konfiguration auf (siehe Abbildung). Je näher die Linien beieinander liegen, desto stärker und organisierter ist das Magnetfeld. Younsi schätzt, dass die Magnetfeldstärke von Sagittarius A* der eines Kühlschrankmagneten entspricht. Auch wenn das nicht viel klingt, ist es doch stark genug, um den Zufluss von akkretierendem Plasma zu beeinflussen – und so dabei zu helfen, die Nahrungsaufnahme des Schwarzen Lochs zu kontrollieren.

Die scheinbare Ähnlichkeit in den Strukturen der beiden Magnetfelder lässt einige Astronomen über andere mögliche Ähnlichkeiten nachdenken.

Das Schwarze Loch von M87 zeichnet sich vor allem durch seinen relativistischen Jet aus. Hierbei handelt es sich um einen eng gebündelten Teilchenstrahl, der durch das Magnetfeld von der Akkretionsscheibe nach oben geschwemmt und nach außen auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird. Ein Strahl ist entlang der Rotationsachse des Objekts sichtbar und es ist möglich, dass ein anderer in die entgegengesetzte Richtung verläuft.

Angesichts der Ähnlichkeit der magnetischen Struktur ist es möglich, dass Sagittarius A* auch relativistische Jets beherbergt, die bisher unentdeckt geblieben sind.

Geheimnisvolle Blasen

Tatsächlich könnten solche Jets die Quelle der mysteriösen Fermi-Blasen in der Milchstraße sein. Dabei handelt es sich um zwei riesige Schwaden geladener Teilchen, die 25,000 Lichtjahre über und unter der Ebene der Galaxie aufsteigen. Sie werden auf ein Alter von nur wenigen Millionen Jahren geschätzt und stammen aus dem galaktischen Zentrum, ihre Ursache ist jedoch ungewiss.

Allerdings weist Younsi darauf hin, dass ein Jet stark kollimiert ist, während die Fermi-Blasen einen größeren Bereich abdecken und fast wie eine Explosion wirken. Und während er die Ähnlichkeiten zwischen den beiden Schwarzen Löchern für „merkwürdig“ hält, erzählt Younsi Physik-Welt von seiner Skepsis, dass das Schwarze Loch unserer Galaxie einen Jet hat.

„Man könnte sich etwas Freiheit nehmen und dies überinterpretieren und sagen, dass es vielleicht ein Beweis dafür ist, dass es einen Jet geben könnte“, sagt er. „Oder es könnte sein, dass wir in Zukunft bessere Daten mit höherer Auflösung benötigen und vielleicht sehen wir, dass sich das Polarisationsmuster ein wenig ändert.“

Rascher Wechsel

M87 ist 53 Millionen Lichtjahre entfernt und seine Akkretionsscheibe für ein Schwarzes Loch ist riesig. Diese beiden Faktoren bedeuten also, dass wir keine großen Veränderungen in kurzen Zeiträumen beobachten können. Sagittarius A* ist uns in einer Entfernung von etwa 26,000 Lichtjahren viel näher, und seine viel kleinere Akkretionsscheibe bedeutet, dass das EHT beobachten kann, wie sich die Akkretionsscheibe im Laufe von Minuten und Stunden verändert.

Das erste Bild von Sagittarius A* (Helligkeit, nicht Polarisation), das 2022 veröffentlicht wurde, war daher eine zeitlich gemittelte Ansicht des Schwarzen Lochs, und Younsi weist darauf hin, dass es einfach ein Zufall sein könnte, dass das zeitlich gemittelte Bild des Schwarzen Lochs entstanden ist Das Magnetfeld ähnelt M87, was bedeutet, dass die Suche nach Jets vergeblich sein könnte.

„Sagittarius A* verändert sich sehr schnell, daher gibt es viel mehr Unsicherheit in der im Bild sichtbaren Struktur“, sagt Younsi. „Wir brauchen eine langfristige Überwachung, denn was wir gerade sehen, könnte nur ein Zufall sein, der zufällig wie M87 aussieht und tatsächlich nicht repräsentativ für den allgemeinen zeitlich gemittelten Zustand ist. Es könnte sein, dass sich dieses Bild in den nächsten Jahren stark verändern wird.“

Sofern das Wetter es zulässt, beobachtet das EHT jedes Jahr Sagittarius A*, zuletzt im April. Außerdem überwacht es weiterhin das Schwarze Loch von M87 und versucht, supermassereiche Schwarze Löcher in anderen Galaxien zu entdecken. Je mehr Schwarze Löcher beobachtet werden, desto mehr werden wir wissen, ob das Schwarze Loch von Sagittarius A* und M87 wirklich typische Beispiele sind.

Die Beobachtungen werden in zwei Artikeln im veröffentlicht Die astrophysikalischen Zeitschriftenbriefe. Ein Papier deckt die Polarisationsmessungen ab und der andere beschreibt ihre Auswirkungen.

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• Quelle: https://physicsworld.com/a/milky-ways-supermassive-black-hole-has-a-surprising-magnetic-personality/