Bringen Magnetfelder schwarze Löcher auf Diät?

Im Zentrum einer aktiven Galaxie strömt Gas spiralförmig nach innen in Richtung eines supermassiven schwarzen Lochs und bildet eine heiße, leuchtende Akkretionsscheibe. Wenn dieses Plasma tiefer in den Gravitationsbrunnen fällt, werden die im Gas eingefrorenen Magnetfelder mitgerissen, gedehnt und verstärkt. In der Nähe des Ereignishorizonts können sie erstaunliche Stärken erreichen – Zehntausende oder sogar Hunderttausende Male stärker als das Magnetfeld der Erde. An diesem Punkt ist Magnetismus kein nebensächliches Detail mehr: Er wird zu einer entscheidenden Kraft, die alles beeinflusst, was in der Nähe des schwarzen Lochs passiert.

Eine dramatische Folge ist die Bildung relativistischer Jets – schmaler Plasmastrahlen, die mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen werden und weit über ihre Heimatgalaxien hinausreichen. Die Theorie sagt voraus, dass rotierende schwarze Löcher Magnetfelder als eine Art kosmisches Getriebe nutzen können, um Gravitations- und Rotationsenergie in kraftvolle Ausflüsse umzuwandeln. Starke Magnetfelder können aber auch der Schwerkraft widerstehen. Wenn der magnetische Druck hoch genug wird, kann er den Zufluss von Materie teilweise blockieren, die Akkretion verlangsamen und das schwarze Loch zeitweise aushungern. So können sich Fütterung und Fasten abwechseln, gesteuert durch Magnetfelder in Größenordnungen, die mit dem Ereignishorizont selbst vergleichbar sind.

Um diese Ideen zu testen, braucht man eine außergewöhnliche Beobachtungspräzision. Die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) verbindet Radioteleskope auf der ganzen Welt zu einem virtuellen Teleskop von der Größe der Erde. Diese Technik ermöglichte es dem Event Horizon Telescope (EHT), die Schatten der Schwarzen Löcher in der Galaxie M 87 (Abb. 1) und im Zentrum unserer Milchstraße abzubilden. Das Global mm-VLBI Array (GMVA), das von unserem Institut betrieben wird, hat sogar den Schatten des schwarzen Lochs abgebildet, der in den Jet von M 87 eingebettet ist. Aufbauend auf diesen Durchbrüchen kartieren neue multifrequente und polarimetrische VLBI-Beobachtungen jetzt Magnetfelder näher am schwarzen Loch als je zuvor.

Eine Reihe von aktuellen Ergebnissen, die 2025 veröffentlicht wurden, hat dieses Bild bestätigt. Diese Studien zeigen hochgradig geordnete Magnetfeldstrukturen, extreme Faraday-Rotation und schnelle Änderungen der Feldstärke, wenn man sich der Region nähert, aus welcher der Jet austritt. Zusammen deuten sie auf eine magnetisch dominierte Umgebung hin, in der Magnetfelder den Energiefluss lenken, Jets formen und die Akkretion regulieren. Bei mehreren Quellen stimmen die Daten mit sogenannten magnetisch arretierten Scheiben (MAD) überein, in denen starke Felder den Einfall von Materie vorübergehend stoppen.

Hypothetische Alternativen

Aber Magnetismus könnte noch mehr bewirken, als nur das Wachstum von schwarzen Löchern zu kontrollieren. Er könnte helfen, eine wichtige Frage der modernen Astrophysik zu beantworten: Sind die kompakten Objekte, die wir in den Zentren aktiver Galaxien beobachten, wirklich schwarze Löcher mit Ereignishorizonten? Oder könnte es noch andere exotische „Schwarzloch-Imitate” geben? Diese hypothetischen Alternativen – wie Gravastare, Bosonensterne oder andere kompakte Objekte ohne Horizont – können viele Erscheinungsformen von schwarzen Löchern nachahmen, was es besonders schwierig macht, solche Objekte durch Beobachtungen auszuschließen.

Hier bieten Magnetfelder eine neue und leistungsstarke Diagnosemöglichkeit. Theoretische Modelle sagen voraus, dass echte schwarze Löcher Magnetfelder in der Nähe des Horizonts durch Akkretion und Jet-Ausstoß regulieren, was zu charakteristischen Feldstärken und radialen Abklingprofilen führt. Objekte ohne Horizont könnten dagegen viel stärkere, dipolähnlichere Magnetfelder in der Nähe ihrer Oberfläche aufrechterhalten, mit einem anderen räumlichen Verhalten. Die Messung extrem hoher Magnetfelder in unmittelbarer Nähe des zentralen Objekts – und wie sich diese Felder mit der Entfernung verändern – bietet daher eine Möglichkeit, echte schwarze Löcher von ihren Nachahmern zu unterscheiden.

Dies ist die zentrale Motivation unseres M2FINDERS-Projekts (Mapping Magnetic Fields with Interferometry down to Event Horizon Scales), das von J. Anton Zensus geleitet wird. M2FINDERS kombiniert modernste VLBI-Beobachtungen von 15 bis 230 Gigahertz mit fortschrittlichen Bildgebungsalgorithmen und physikalischen Modellen, um Magnetfelder von Parsec-Skalen (ein Parsec entspricht etwa 3,26 Lichtjahren) bis hinunter zu nur wenigen Gravitationsradien zu verfolgen. Durch die Zusammenführung von Daten aus VLBA, GMVA und EHT will das Projekt die bislang strengsten Beschränkungen für Magnetfelder in unmittelbarer Nähe von supermassiven schwarzen Löchern liefern.

Damit geht M2FINDERS zwei große Herausforderungen gleichzeitig an: zu verstehen, wie Magnetfelder die Akkretion und die Bildung von Jets regulieren, und diese Felder als Werkzeug zu nutzen, um die Existenz und Natur von Ereignishorizonten zu überprüfen. Wenn Magnetfelder tatsächlich dazu beitragen, dass schwarze Löcher weniger Masse ansammeln, könnten sie uns auch dabei helfen, zu bestätigen, dass schwarze Löcher genau das sind, was Einsteins Theorie vorhersagt – und nicht etwas noch Seltsameres, das sich im kosmischen Schatten verbirgt.

Literaturhinweise