Astronomen haben den ersten direkten Beweis dafür gefunden, dass ein Schwarzes Loch rotiert, und bestätigen damit erneut Einsteins Relativitätstheorie. Die Entdeckung wurde durch die Untersuchung der mächtigen Energiestrahlen gemacht, die von einem Schwarzen Loch von der Größe des Sonnensystems im Zentrum der nahegelegenen Galaxie Messier 87 abgegeben werden. Dieses Schwarze Loch mit dem Namen M87 ist das bislang am besten untersuchte und das erste überhaupt direkt abgebildet im Jahr 2019.
Astrophysiker haben schon lange vorhergesagt, dass Schwarze Löcher rotieren, aber bisher war es aufgrund der Komplexität der Visualisierung von Weltraummonstern schwierig, Beweise zu erhalten. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse am 27. September in der Fachzeitschrift Nature.
„Nach der erfolgreichen Abbildung eines Schwarzen Lochs in dieser Galaxie mit dem Event Horizon-Teleskop (EHT) ist die Frage, ob dieses Schwarze Loch rotiert oder nicht, zu einem großen Problem für Wissenschaftler geworden“, sagte Kazuhiro Hada, ein Astronom am Nationalen Astronomischen Observatorium Japans, in einer Erklärung. „Jetzt ist aus der Erwartung Zuversicht geworden. Dieses riesige Schwarze Loch dreht sich wirklich.“
Schwarze Löcher haben eine so starke Anziehungskraft, dass nichts (nicht einmal Licht) aus ihrem Mund entweichen kann, aber das bedeutet nicht, dass sie nicht gesehen werden können. Das liegt daran, dass aktive Schwarze Löcher von Akkretionsscheiben umgeben sind – riesigen Materialwolken, die aus Gaswolken und Sternen herausgerissen werden und durch Reibung auf glühende Temperaturen erhitzt werden, während sie spiralförmig in die Mündung des Schwarzen Lochs eindringen.
Ein Teil dieses Materials wird ausgestoßen und bildet zwei Strahlen aus heißem Material, die sich etwa ein Zehntel der Zeit mit 99,9 % der Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Wie Jets von Schwarzen Löchern die massive Energie erhalten, die sie dafür benötigen, bleibt ein Rätsel, aber Physiker nutzten Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, um zu vermuten, dass das Material diese aus den Magnetfeldern von Weltraummonstern gewinnen könnte, wenn diese sich schnell um ihre Achsen drehen.
Schwarze Löcher haben wahrscheinlich einen Teil ihrer Rotationsgeschwindigkeit schon in ihren frühesten Tagen als Sterne erhalten, die, als sie plötzlich nach innen kollabierten, wie Schlittschuhläufer wirkten, die ihre Arme ausstreckten, um sich schneller zu drehen. Im Laufe der Zeit beschleunigte sich diese Rotation wahrscheinlich durch den Einstrom von Materie von Sternen, die von Schwarzen Löchern auseinandergerissen wurden, oder durch katastrophale Kollisionen mit anderen massiven Objekten.
Auf der Suche nach einer Erklärung für diese schwer fassbare Rotation wandten sich Astronomen dem supermassiven Schwarzen Loch M87 zu, einer riesigen Lücke in der Raumzeit, die ihre Masse (6,5 Milliarden Mal so groß wie die der Sonne) nutzt, um eine ganze Galaxie auf sich zu ziehen.
Bei der Untersuchung von M87* mit einem globalen Netzwerk von Radioteleskopen im Zeitraum 2000 bis 2022 stellten Astronomen fest, dass die Jets des Schwarzen Lochs wie ein Metronom hin und her tickten und einen 11-Jahres-Zyklus markierten. Dies zeigte, dass das Schwarze Loch während seiner Drehung um seine Achse präzediert oder wackelt, wie ein Kreisel.
„Wir freuen uns über diese wichtige Entdeckung“, sagte der leitende Studienautor Cui Yuzhu, ein Astronom am Zhejiang-Labor in Hangzhou, China, in einer Erklärung. „Da der Abstand zwischen dem Schwarzen Loch und der Scheibe relativ gering ist und die Präzessionsperiode etwa 11 Jahre beträgt, sind die Ansammlung hochauflösender Daten zur Verfolgung der Struktur von M87 über zwei Jahrzehnte und eine sorgfältige Analyse unerlässlich, um diesen Erfolg zu erzielen.“
Neben einer weiteren Bestätigung von Einsteins Theorie wirft die Entdeckung des Spins eines Schwarzen Lochs eine Reihe interessanter Fragen auf. Darunter befinden sich solche, die damit zusammenhängen, welche katastrophalen Ereignisse die schnelle Rotation verursacht haben könnten, sowie die Möglichkeit, Photonenkugeln zu entdecken – einen schwachen Lichtring, der ein Schwarzes Loch umgibt, der wichtige Hinweise auf die Theorie der Quantengravitation liefern könnte.
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