Wissenschaftler der Universität Grenoble-Alpes und des National Centre for Scientific Research (CNRS) in Frankreich, des Trinity College Dublin und der University of Maryland in den USA modellierten einen Ring aus Plasma um ein Schwarzes Loch, um dessen helles Leuchten in Bildern von supermassiven zu erklären Schwarze Löcher M87* und Sagittarius A*, aufgenommen mit dem Event Horizon Telescope (EHT). Die Ergebnisse der Studie werden in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Kurz über die wissenschaftliche Arbeit erzählt die Publikation Physik.

Beobachtungen zeigen, dass der hell leuchtende Ring, der vom EHT eingefangen wurde, durch Synchrotronstrahlung gebildet wird, die von Partikeln emittiert wird, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit in einem starken Magnetfeld bewegen, das den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs durchdringt. Dies unterstützt das Modell, dass Magnetfelder durch Ströme aufrechterhalten werden, die durch die Akkretion von Materie erzeugt werden, und die wiederum verhindern, dass Materie mit der Geschwindigkeit des freien Falls in das Schwarze Loch fällt, was diesen stark verzögert. Dadurch entsteht eine magnetisch geschlossene Scheibe (engl. magnetically festgehalten disc, MAD), in der ein Großteil der Substanz in Lichtenergie umgewandelt wird.

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Gleichzeitig bleiben die Mechanismen, die Plasmaerwärmung und Teilchenbeschleunigung in Magnetfeldern in der Nähe eines Schwarzen Lochs verursachen, unerforscht. Die Autoren schlugen vor, dass die Energie aus dem Magnetfeld extrahiert wird, das das Plasma durchdringt. Wenn die mit diesem Feld verbundenen Linien unterbrochen und wieder verbunden werden, was als magnetische Wiederverbindung bezeichnet wird, wird die Energie des Magnetfelds in kinetische Energie umgewandelt, die dann als Photonen abgestrahlt wird.

Die Forscher entwickelten ein Modell der Dynamik von Plasmateilchen und ihrer Magnetfelder, indem sie die Energieübertragung zwischen Teilchen und Feldern berücksichtigten. Das Modell berücksichtigt alle im Plasma fließenden Ströme sowie allgemeine relativistische Effekte, die in früheren Studien nicht berücksichtigt wurden.

Die Simulationsergebnisse zeigten, dass die Magnetfeldlinien in der Nähe des Schwarzen Lochs ständig in Bewegung sind, sich biegen, teilen und wieder verbinden, wenn sie das Plasma passieren und mit seinen Teilchen interagieren. Das angeregte Plasma sendet Radiowellen aus, die im Bild ringförmige Strukturen bilden sollen, deren Intensität mit der Zeit schwankt. Im Falle eines supermassereichen Schwarzen Lochs wie M87* wird für Plasma-„Hot Spots“ ein Orbitalradius von etwa dem Dreifachen des Radius des Schwarzen Lochs und eine Umlaufzeit von etwa 5 Tagen vorhergesagt.