Wissenschaftler erstellen erste Spektralkarte des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs

Forscher sind über das bloße Fotografieren eines Schwarzen Lochs hinausgegangen und haben dessen physikalische Eigenschaften diagnostiziert, indem sie die erste räumlich aufgelöste Spektralindexkarte des supermassereichen Schwarzen Lochs M87* im Maßstab seines Ereignishorizonts erstellten. Die am Montag im The Astrophysical Journal Letters veröffentlichte Studie bietet einen neuen Einblick in das Verhalten von Plasma in einer der extremsten Umgebungen des Universums.eurekalert+2

Ein spektraler Gesundheitscheck für ein Schwarzes Loch

Das Team, geleitet von Wissenschaftlern des Shanghai Astronomical Observatory (SHAO) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, kombinierte Bilder, die 2018 vom Event Horizon Telescope und dem Global Millimeter Very Long Baseline Interferometry Array bei zwei Radiowellenlängen aufgenommen wurden: 1,3 Millimeter und 3,5 Millimeter. Durch die Kartierung der Veränderung der Strahlungshelligkeit über Frequenzen hinweg an jedem Punkt um das Schwarze Loch erstellten die Forscher einen sogenannten hochpräzisen spektralen Gesundheitscheck von M87*.english.cas+2

Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Strahlungseigenschaften systematisch mit der Entfernung vom Schwarzen Loch ändern. In der Nähe des Ereignishorizonts ist der Spektralindex positiv, was darauf hindeutet, dass die Synchrotron-Selbstabsorption die Emission noch dominiert. Weiter außen wird der Index negativ, was den Übergang zu optisch dünner Strahlung markiert. Dieser Übergang erfolgt bei etwa 30 Mikrobogensekunden vom Zentrum entfernt: ein Abstand, der mit der ringartigen Struktur im 3,5-Millimeter-Bild übereinstimmt.eurekalert+1

Ringstruktur mit Plasmaphysik verknüpft

Die Erkenntnis legt nahe, dass der ikonische Ring in Bildern Schwarzer Löcher nicht einfach ein geometrisches Merkmal ist, sondern eine reale Veränderung im physikalischen Zustand des umgebenden Plasmas widerspiegelt. Durch die Gewinnung der ersten räumlich aufgelösten Spektralindexverteilung des M87-Schwarzen-Lochs können wir quantitativ charakterisieren, wie sich die Strahlungseigenschaften in der Region um das Schwarze Loch verändern, sagte Dr. Zhao Shanshan, wissenschaftliche Mitarbeiterin am SHAO und Erstautorin der Studie. Dies ermöglicht es uns, direkt zu erforschen, wie die Plasmaeigenschaften auf Horizontskalen variieren, und liefert neue Hinweise zum Verständnis von Akkretionsflüssen und Jet-Bildung.english.cas+1

Ausblick

Dr. Lu Rusen, der korrespondierende Autor der Studie, sagte, dass zukünftige Mehrfrequenz-Bildgebungen auf Horizontskala dazu beitragen werden, die Auswirkungen der Plasmaphysik von Gravitationssignaturen in Bildern Schwarzer Löcher zu entwirren, was präzisere Studien zu Akkretion, Jet-Bildung und Gravitationsfeldern ermöglicht. Die Forscher merkten an, dass kontinuierliche Fortschritte bei der Millimeter-VLBI bald zeitaufgelöste Beobachtungen ermöglichen könnten, was die Erforschung Schwarzer Löcher von der statischen Bildgebung hin zur dynamischen physikalischen Diagnostik verschiebt.news.cgtn+2