Das Schwarze Loch M87 schießt Jets mit nahezu Lichtgeschwindigkeit

Die Galaxie Messier 87 (M87) befindet sich 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Jungfrau. Dies ist eine riesige Galaxie mit 12 Kugelsternhaufen, die 200 Kugelsternhaufen der Milchstraße wirken dagegen bescheiden. Im Zentrum von M87 befindet sich ein Schwarzes Loch mit einer Masse von 6,5 Milliarden Sonnenmassen. Dies ist das erste Schwarze Loch, für das ein Bild existiert, das 2019 von der internationalen Forschungskooperation Event Horizon Telescope erstellt wurde.

Dieses Schwarze Loch M87 schießt einen Plasmastrahl mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit, genannt relativistischer Strahl 6 Lichtjahre lang. Die enorme Energie, die erforderlich ist, um diesen Jet anzutreiben, stammt wahrscheinlich von der Anziehungskraft des Schwarzen Lochs. Doch wie ein solcher Jet entsteht und was seine Stabilität über große Distanzen gewährleistet, ist noch nicht ganz klar.

M87 zieht Materie an, die in einer schrumpfenden Umlaufbahn in der Scheibe rotiert, bis sie vom Schwarzen Loch absorbiert wird. Der Jet startet aus dem Zentrum der Akkretionsscheibe um M87, und theoretische Physiker der Goethe-Universität haben zusammen mit Wissenschaftlern aus Europa, den USA und China diese Region sehr detailliert modelliert. Sie verwendeten die komplexeste XNUMXD-Simulation auf einem Supercomputer, der eine erstaunliche Menge an CPU-Zeit für die Simulation benötigt, und mussten gleichzeitig die Gleichungen von Albert Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie, James Maxwells Gleichungen des Elektromagnetismus und Leonard Eulers Gleichungen der Hydrodynamik lösen . Das Ergebnis war ein Modell, bei dem die berechneten Werte für Temperatur, Materiedichte und Magnetfelder erstaunlich gut mit dem übereinstimmen, was aus astronomischen Beobachtungen abgeleitet wurde.

Auf dieser Grundlage konnten die Wissenschaftler die komplexe Bewegung von Photonen in der verzerrten Raumzeit der innersten Region des Jets verfolgen und in ein Radiobild umwandeln. Diese computersimulierten Bilder konnten sie dann mit Beobachtungen vergleichen, die in den letzten drei Jahrzehnten von zahlreichen Radioteleskopen und Satelliten gemacht wurden.

Dr. Alejandro Cruz-Osorio, Hauptautor der Studie, stellt fest, dass „unser theoretisches Modell der elektromagnetischen Emission und Jet-Morphologie von M87 überraschend gut mit Beobachtungen in den Radio-, optischen und Infrarotspektren übereinstimmt. Das supermassive Schwarze Loch M87 rotiert wahrscheinlich schnell und das Plasma ist im Jet stark magnetisiert, was Partikel auf Größenordnungen von Tausenden von Lichtjahren beschleunigt.“

Professor Luciano Rezzolla vom Institut für Theoretische Physik der Goethe-Universität in Frankfurt stellt fest: „Die Tatsache, dass unsere berechneten Bilder astronomischen Beobachtungen so nahe kommen, ist eine weitere wichtige Bestätigung dafür, dass Einsteins allgemeine Relativitätstheorie die genaueste und natürlichste Erklärung für die Existenz ist von supermassereichen Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien. Obwohl es noch Raum für alternative Erklärungen gibt, haben die Ergebnisse unserer Studie diesen ‚Raum‘ viel kleiner gemacht.“

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