Das ALMA-Teleskop hat die ersten Bilder der Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs aufgenommen - einen "Donut" aus erhitztem Gas und Materie, der sich um ihn dreht und den er nach und nach absorbiert, wie in einem Artikel im Astrophysical Journal Letters veröffentlicht.
„Bei der Erklärung der verschiedenen Merkmale von Quasaren haben wir lange geglaubt, dass aktive supermassive Schwarze Löcher von einer Donut-ähnlichen Struktur aus Gas und Staub umgeben sind. Wir konnten sie nicht sehen, da sie sehr klein ist. Nur dank der ultrahohen Auflösung von ALMA konnten wir diesen Traum verwirklichen und bestätigen, dass eine solche Struktur existiert “, sagt Mastoshi Imanishi vom japanischen Nationalen Astronomischen Observatorium in Tokio.
Space Donuts und Bagels
Supermassive Schwarze Löcher befinden sich im Zentrum fast jeder Galaxie. Im Gegensatz zu Schwarzen Löchern, die beim Zusammenbruch von Sternen auftreten, ist ihre Masse mehrere Millionen Mal so groß wie die der Sonne. Sie absorbieren regelmäßig Sterne, andere Himmelskörper und Gas und stoßen einen Teil der eingefangenen Materie in Form von Jets aus - Strahlen erhitzten Plasmas, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit bewegen.
Diese Emissionen sind laut Astronomen das Ergebnis der Tatsache, dass Schwarze Löcher Materie nicht in unbegrenzten Mengen absorbieren können. Es gibt eine bestimmte Grenze, die Astrophysiker als Eddington-Grenze bezeichnen: Wenn sie erreicht ist, beginnt sich die Substanz in der Nähe des Schwarzen Lochs in Form eines heißen "Donuts" anzusammeln - einer Akkretionsscheibe, an der Partikel aneinander reiben, sich auf ultrahohe Temperaturen erwärmen und in den Weltraum ausgestoßen werden.
Nicht alle Schwarzen Löcher verhalten sich so, erklärt Imanishi. Zum Beispiel zeichnet sich das Objekt Sgr A * im Zentrum unserer Galaxie durch eine bescheidene Disposition und Appetit aus, es hat keine Jets und eine Akkretionsscheibe. Die Frage, wie die Akkretionsscheibe gebildet wird und warum einige Schwarze Löcher ihren Appetit stark verlieren oder ihn umgekehrt erwerben, ist zu einer der Hauptfragen der Astronomie geworden.
Japanische Astrophysiker machten den ersten Schritt zur Lösung dieses Rätsels, indem sie die Spiralgalaxie M77 im Sternbild Cetus (einer der nächsten Nachbarn der Milchstraße) mit dem ALMA-Mikrowellenteleskop auf dem Chahnantor-Hochplateau in Chile beobachteten.
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Schwarzes Loch Mittagessen
Die Scheibe dieser Galaxie ist in unsere Richtung "zugewandt" gedreht, wodurch Astronomen verfolgen können, was in ihrem Zentrum geschieht, wo sich eines der aktivsten und hellsten supermassiven Schwarzen Löcher in unmittelbarer Nähe der Milchstraße befindet.
Um nach einem "Donut" in seiner Mitte zu suchen, haben Wissenschaftler aus Japan einen Trick gewählt: Sie haben zwei Arten von Molekülen beobachtet, die in der Nähe eines Schwarzen Lochs vorhanden sein können, sich aber unter verschiedenen Bedingungen unterschiedlich verhalten. Beispielsweise kommen Kohlenmonoxidmoleküle, die ALMA gut unterscheiden kann, in fast allen Ecken von Galaxien vor und können unter fast allen Bedingungen Mikrowellen emittieren.
Andererseits werden Substanzen wie Blausäure oder einige Aldehyde (die einfachsten Verbindungen von Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenstoff) für ALMA-Antennen nur sichtbar, wenn sie sich in besonders dichten Gaswolken befinden. Die Akkretionsscheibe, erklären Astronomen, sollte viel dichter sein als die umgebenden Materiecluster und kann durch Beobachtung des Überschusses dieser beiden Verbindungen nachgewiesen werden.
Die Idee hat sich ausgezahlt - japanischen Astrophysikern gelang es, die ersten detaillierten Fotos des "Donuts" der Akkretionsscheibe zu erhalten und einige ihrer Eigenschaften unerwartet zu enthüllen. Zum Beispiel stellte sich heraus, dass es eine längliche und ungleichmäßige Form hat - dies legt nahe, dass seine Rotation durch zufällige Prozesse gesteuert wird und nicht nur durch die Anziehungskraft des "Besitzers" des Zentrums der Galaxie.
Die Astronomen hoffen, dass weitere Beobachtungen von M77 dazu beitragen werden, genau zu verstehen, wie sein "Donut" eine so ungewöhnliche Form angenommen hat und warum das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße keine hat.
