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MESSIER 87
Blick in die Entstehungsregion eines gewaltigen Jets
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie
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27. April 2023

Durch die Zusammenschaltung der Radioteleskope des Global Millimetre VLBI Array mit dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array und dem Greenland Telescope ist ein faszinierender Blick in den Zentralbereich der aktiven Galaxie Messier 87 gelungen: Erstmals war eine Verbindung zwischen dem starken Jet und der Akkretionsscheibe um das zentrale Schwarze Loch zu erkennen.

M 87

GMVA+ALMA-Bild der zentralen Region des Schwarzen Lochs in Messier 87, aufgenommen am 14. und 15. April 2018 bei 3,5 mm Wellenlänge. Das große Bild zeigt den Jet und den zentralen Ring, wie er mit der Standardmethode rekonstruiert wurde. Der Inset zeigt eine Vergrößerung der inneren Region, die mit einem hochauflösenden Verfahren gewonnen wurde und die Ringform mit einem Durchmesser von 64 Mikrobogensekunden, was 8,4 Schwarzschild-Radien entspricht. Bild: R. Lu et al, Nature 2023  [Großansicht]

Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn hat mit neuen Beobachtungen im Millimeter-Wellenlängenbereich zum ersten Mal die Verbindung zwischen der ringförmigen Struktur, die den Materieeinfall in das zentrale Schwarze Loch offenbart, und dem starken relativistischen Jet in der bekannten Radiogalaxie Messier 87 nachweisen können.

Die neue Radiokarte zeigt den Materiestrudel um das zentrale Schwarze Loch und den Ursprung des Jets bei einer Wellenlänge von 3,5 mm. Die neuen Beobachtungen wurden mit dem Global Millimetre VLBI Array durchgeführt, das durch das Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array in Chile und das Grönland-Teleskop ergänzt wird. Mit der Beteiligung dieser beiden Observatorien konnten die Abbildungsmöglichkeiten des Global Millimetre VLBI Array erheblich verbessert werden.

Ru-Sen Lu vom Shanghai Astronomical Observatory, der Leiter einer Max-Planck-Forschungsgruppe an der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, ist begeistert und erstaunt zugleich: "Bisher haben wir das supermassereiche Schwarze Loch und den weit entfernten Jet nur in getrennten Bildern gesehen, aber jetzt haben wir ein Panoramabild des Schwarzen Lochs zusammen mit seinem Jet bei einer neuen Wellenlänge aufgenommen."

Man geht davon aus, dass Materie aus der Umgebung in das Schwarze Loch hineinfällt, was als Akkretion bezeichnet wird. Aber noch nie hat jemand ein direktes Bild davon gemacht. "Der große und dicke Ring, den wir nun sehen, erklärt sich durch das Gas, das in das Schwarze Loch fällt. Die beobachtete Strahlung erlaubt es, die physikalischen Prozesse in der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs und das Wechselspiel zwischen Akkretion und Jeterzeugung besser zu verstehen", so der Wissenschaftler.

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"Die Beteiligung von ALMA an den GMVA-Beobachtungen hat die Empfindlichkeit für die Kartierung der schwachen und komplexen Radioemission im Zentrum von M 87 deutlich erhöht. Dadurch hat sich die effektive Winkelauflösung verbessert, und wir konnten zum ersten Mal die ringförmige Struktur im Herzen von M87 bei einer Wellenlänge von 3,5 Millimetern abbilden", sagt Andrei Lobanov vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie, ein Mitglied des Forscherteams. Der vom GMVA gemessene Durchmesser des Rings beträgt 64 Mikrobogensekunden, was der Größe eines kleinen Selfie-Lichtrings (13,5 cm) entspricht, wie ihn ein Astronaut auf dem Mond sehen würde, wenn er zur Erde zurückblickt.

Wie aufgrund der Emissionseigenschaften des relativistischen Plasmas in dieser Region zu erwarten war, ist der Außendurchmesser dieser ringförmigen Struktur etwa 1,5-mal größer als der bei früheren Beobachtungen bei 1,3 mm mit dem Event-Horizon-Teleskop gemessene Durchmesser. "Mit den stark verbesserten Abbildungsmöglichkeiten des GMVA gewinnen wir neue Einblicke in die physikalischen Prozesse der Jeterzeugung. Wir sehen wieder die drei Jetfilamente, die wir schon aus früheren Beobachtungen kannten", sagt Thomas Krichbaum vom MPIfR. "Aber jetzt erkennen wir, wie der Jet aus dem Emissionsring um das Schwarze Loch austritt, und wir können den Ringdurchmesser bei einer anderen Wellenlänge messen."

"Das spektakuläre Bild des Jets und des Rings in M87 ist ein wichtiger Meilenstein und krönt die jahrelangen gemeinsamen Bemühungen unserer europäischen Kollegen, unter anderem von ESO, IRAM, Metsähovi, Yebes und Onsala, das GMVA-Array mit dem phasengesteuerten ALMA für gemeinsame Beobachtungen einzurichten, um die feinsten Details bei der Untersuchung von Radiogalaxien und Quasaren zu enthüllen", kommentiert Eduardo Ros, Wissenschaftler am MPIfR, europäischer GMVA-Scheduler und Mitglied des Forscherteams.

Jae-Young Kim von der Kyungpook National University in Daegu (Südkorea), der auch mit dem MPIfR affiliert ist, blickt auf die technologische Weiterführung: "Die nächsten Schritte bei der hochauflösenden Kartierung von M 87 werden die Messungen der Radiofarbe des Jets und des Schattens des Schwarzen Lochs beinhalten, und Polarisationsmessungen, aus der die Struktur und Stärke des Magnetfeldes abgeleitet werden kann." Diese Schritte werden zu einer weiteren Verbesserung der Empfindlichkeit des GMVA-Netzes führen, indem neue Radioempfänger benutzt werden, die eine Mehrfrequenz-Phasenreferenzierung ermöglichen, wie sie beispielsweise das koreanische VLBI-Netz verwendet.

"Diese neuen Ergebnisse sind so wichtig, weil sie uns zum ersten Mal einen direkten Blick in die Region ermöglichen, die die zentrale Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch und den Jet in M87 verbindet", so J. Anton Zensus, Direktor am MPIfR. "Der jahrelange und kontinuierliche Ausbau und die Weiterentwicklung der VLBI-Technik haben sich definitiv gelohnt."

Über die Ergebnisse berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature erschienen ist. 

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Blick in die Entstehungsregion des gewaltigen Jets von Messier 87. Diskutieren Sie mit anderen Lesern im astronews.com Forum.
siehe auch
Messier 87: Galaktischer Jet modelliert - 5. November 2021
Schwarze Löcher: Das Schwarze Loch von M 87 und die Theorie - 28. Mai 2021
Event Horizon Telescope: Magnetfelder am Rand eines Schwarzen Lochs - 25. März 2021
Nordic Optical Telescope: Der verdrillte Jet von M 87 - 6. Juli 2020
Event Horizon Telescope: Der Schatten des Schwarzen Lochs von M87 - 10. April 2019
Links im WWW
Lu, R.-S. et al. (2023): A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet, Nature, 616, 686
Max-Planck-Institut für Radioastronomie
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