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SUPERMASSEREICHE SCHWARZE LÖCHER
Starkes Magnetfeld am Rand des Ereignishorizonts
von Stefan Deiters
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17. April 2015

Mithilfe des Radioteleskopverbunds ALMA haben Astronomen ein äußerst starkes Magnetfeld in unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts eines supermassereichen Schwarzen Lochs nachweisen können. Die Beobachtungen dürften helfen, diese gewaltigen Objekte, die sich in den Zentren nahezu aller Galaxien befinden, besser zu verstehen.

Schwarzes Loch

So könnte die Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs aussehen. Bild: ESO / L. Calçada  [Großansicht]

Supermassereiche Schwarze Löcher befinden sich vermutlich im Zentrum nahezu aller Galaxien. Sie erreichen eine Masse, die die unserer Sonne um das Millionenfache, ja sogar um das Milliardenfache übersteigen kann. Material, das diesen Schwarzen Löchern zu nahe kommt, stürzt nicht direkt in sie hinein, sondern sammelt sich zunächst in einer Scheibe rund um das Schwarze Loch - in der sogenannten Akkretionsscheibe.

Das Material in dieser Scheibe kreist um das Schwarze Loch und kann sich auf sehr hohe Temperaturen aufheizen. Dies sorgt für eine intensive Strahlung, die aus den Zentren von aktiven Galaxien beobachtet werden kann. In aktiven Galaxien verschlingt das supermassereiche Schwarze Loch gerade große Mengen an Material. 

Doch nicht alles Material verschwindet irgendwann in dem Schwarzen Loch. Einiges kann seiner Anziehungskraft wieder entkommen und wird in eng gebündelten Teilchenstrahlen, in sogenannten Jets, mit hoher Geschwindigkeit ins All geschleudert. Die Partikel in diesen Jets können sogar annähernd Lichtgeschwindigkeit erreichen. Wie das Material genau beschleunigt wird, ist den Astronomen noch nicht ganz klar. Man nimmt aber an, dass gewaltige Magnetfelder eine Rolle spielen könnten, die es in unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs geben sollte. Der Ereignishorizont ist die "Grenze" des Schwarzen Lochs. Ist er einmal überschritten, gibt es kein Zurück mehr.

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Bislang war es Astronomen nur gelungen, vergleichsweise schwache Magnetfelder in relativ großer Entfernung vom Schwarzen Loch - mehrere Lichtjahre - nachzuweisen. Mithilfe des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) wurden jetzt aber Signale entdeckt, die direkt auf ein starkes Magnetfeld in unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts des supermassereichen Schwarzen Lochs der Galaxie PKS 1830-211 hinweisen. Dabei scheint sich das Magnetfeld genau an dem Ort zu befinden, wo Material gerade in Form eines Jets beschleunigt wird.

Die Astronomen stellten dabei die Stärke des Magnetfelds durch Untersuchung der Polarisation des Lichts fest, das sich vom Schwarzen Loch entfernt. "Polarisation ist eine wichtige Eigenschaft von Licht und wird im Alltag häufig genutzt, zum Beispiel bei Sonnenbrillen oder 3D-Brillen im Kino", erklärt Ivan Marti-Vidal vom Onsala Space Observatory in Schweden. "Wenn sie natürlichen Ursprungs ist, kann Polarisation dazu verwendet werden, um Magnetfelder zu vermessen, da Licht seine Polarisation ändert, wenn es durch ein magnetisiertes Medium hindurchläuft. In diesem Fall war das Licht, das wir mit ALMA aufgenommen haben, durch die Materie direkt am Schwarzen Loch hindurchgelaufen, einem Ort voll von hochmagnetisiertem Plasma."

Die Astronomen haben die ALMA-Daten mit einem neuen Analyseverfahren ausgewertet und festgestellt, dass sich die Polarisationsrichtung der Strahlung aus dem Zentrum von PKS 1830-211 gedreht hat. Dies weist direkt auf das Magnetfeld hin. Der Wellenlängenbereich, der für diese Studie benutzt wurde, erlaubte es dabei, die Region in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs zu untersuchen.

"Wir haben klare Hinweise auf eine Polarisationsdrehung, die mehr als hundert mal so groß ist, wie die größte Änderung, die zuvor je im Universum gefunden wurde", ergänzt Sebastien Muller vom Onsala Space Observatory und der schwedischen Chalmers University of Technology. Die ALMA-Beobachtungen seien ein "großer Schritt", da damit das Magnetfeld in einer Entfernung vom Schwarzen Loch untersucht werden konnte, die gerade einmal einigen Lichttagen vom Ereignishorizont entspricht. "Diese Erkenntnisse und zukünftige Untersuchungen werden uns dabei helfen, die Vorgänge in der unmittelbaren Umgebung von supermassereichen Schwarzen Löchern tatsächlich zu verstehen," so Muller.

Über ihre Ergebnisse berichten die Astronomen in der heutigen Ausgabe der Fachzeitschrift Science.

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siehe auch
Schwarze Löcher: Rolle von Magnetfeldern bislang unterschätzt? - 5. Juni 2014
Schwarze Löcher: Das Flackern von Schwarzen Löchern - 16. Oktober 2008
Links im WWW
ESO
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