Ein Jet kosmischen Ausmaßes: Neue Hinweise auf den Ursprung im Schwarzen Loch von Messier 87
Daten des Event Horizon Telescope liefern erste Hinweise darauf, wo der berühmte Jet der Galaxie Messier 87 entsteht – nämlich in der unmittelbaren Umgebung ihres extrem massereichen Schwarzen Lochs im Galaxieninneren.
Einige Galaxien schleudern aus ihrer Mitte gewaltige Teilchenströme ins All, sogenannte Jets, die zu den energiereichsten Phänomenen im Universum zählen. Einer der bekanntesten Jets ist jener der elliptischen Riesengalaxie Messier 87 (M87) im Sternbild Jungfrau. Er ist über 3000 Lichtjahre lang und lässt sich in verschiedenen Strahlenspektren beobachten, vom Radiobereich bis zu hochenergetischer Strahlung.
Angetrieben wird der Materiestrom von dem extrem massereichen Schwarzen Loch M87* im Zentrum der Galaxie. Wo genau der Jet überhaupt anfängt, ist jedoch seit Jahrzehnten eine offene Frage der Astrophysik. Nun liefern neue Daten des Event Horizon Telescope (EHT) einen wichtigen Hinweis.
Ein internationales Team aus Forschenden des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR), des National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und des Canadian Institute for Theoretical Astrophysics (CITA) hat nun erstmals einen möglichen Ursprung des Jets lokalisiert. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
Radioteleskope weltweit im Verbund
Das Schwarze Loch M87* hatte im Jahr 2019 weltweite Bekanntheit erlangt. Damals veröffentlichte das EHT das erste Bild seines Schattens, umgeben von einem leuchtenden Ring aus heißem Gas.
Möglich wurden diese Aufnahmen durch die Technik der Very Long Baseline Interferometry (VLBI). Dabei werden Radioteleskope auf der ganzen Welt zu einem virtuellen Teleskop mit Erdgröße zusammengeschaltet.
Die Abstände der beteiligten Antennen werden auch Basislinien genannt. Je nach Länge der Basislinien reagieren die Messungen auf unterschiedliche räumliche Skalen: Lange Basislinien von mehreren tausend Kilometern zeigen feinste Details nahe am Schwarzen Loch, kurze Basislinien erfassen dagegen großräumige Strukturen wie den Jet.
– Saurabh, Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR)
Entscheidend sind mittellange Basislinien. Sie verbinden beide Welten und erlauben es, den Übergang zwischen der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs und dem entstehenden Jet zu untersuchen. Genau hier setzten die neuen Analysen an.
Ein fehlendes Stück Strahlung
Die Forschenden verglichen die Intensität der gemessenen Radiostrahlung auf verschiedenen Skalen miteinander. Dabei fiel auf, dass auf kurzen bis mittellangen Basislinien die Strahlung stärker war als auf den längsten Basislinien. Daraus folgt, dass der helle Gasring um das Schwarze Loch die beobachtete Strahlung nicht erklären kann.
Ein Teil der Emission musste aus einer zusätzlichen, bisher unbeachteten Region stammen. Die naheliegendste Erklärung war, dass es der Jet selbst war – der bei einer Frequenz von 230 Gigahertz bisher aber unsichtbar war.
Frühere EHT-Beobachtungen aus den Jahren 2017 und 2018 konnten diesen Effekt nicht erfassen, da damals die entscheidenden mittellangen Basislinien fehlten. Erst die neuen Daten machten die neuen Berechnungen möglich.
Der Ursprung des Jets
Die Modelle zeigen, dass sich die fehlende Strahlung am besten durch eine kompakte Region erklären lässt. Die liegt aus unserer Perspektive nur etwa 0,09 Lichtjahre vom Schwarzen Loch entfernt und markiert sehr wahrscheinlich die Basis des Jets.
– Hendrik Müller, National Radio Astronomy Observatory, NRAO
Das stimmt überraschend gut mit früheren Beobachtungen überein. Die gefundene Position passt zu einem südlichen Arm des Jets, der bereits 2018 bei einer anderen Radiofrequenz von 86 Gigahertz entdeckt wurde. „Wir haben den inneren Teil des Jets von M87 viele Jahre lang mit globalen VLBI-Experimenten beobachtet, wobei die Auflösung immer weiter verbessert wurde, und schließlich gelang es uns 2019, den Schatten des Schwarzen Lochs aufzulösen“, erklärt Hendrik Müller vom NRAO.
Blick in die Zukunft
Die Studie macht deutlich, welche Möglichkeiten in EHT-Beobachtungen bei 230 Gigahertz stecken, besonders wenn mittellange Basislinien einbezogen werden. Noch lässt sich die Jet-Basis nur indirekt nachweisen, nicht direkt abbilden.
– Sebastiano von Fellenberg, Canadian Institute for Theoretical Astrophysics, CITA, ehemals MPIfR
Weitere Messkampagnen sollen das ändern. Künftig soll die Struktur des Jets unmittelbar sichtbar gemacht und seine Entstehung verfolgt werden. Damit könnte letztlich auch die Funktionsweise Schwarzer Löcher überprüft werden.
Quellenhinweis:
Saurabh et al. (2026): Probing jet base emission of M87* with the 2021 Event Horizon Telescope observations. Astronomy & Astrophysics, 705.