Soeben erschienen: Erstes Bild eines Schwarzen Lochs

Das supermassereiche Schwarze Loch von M87. Bei einem Durchmesser von 40 Milliarden Kilometern entspricht dies etwa der Größe unseres gesamten Sonnensystems. Da dieses Schwarze Loch stabiler ist und sich im Laufe eines Abends weniger verändert, war es einfacher einzufangen, obwohl es viel weiter entfernt war als das 25.000 Lichtjahre entfernte Schwarze Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxie. Bild von der EHT und National Science Foundation.

Das obige Bild ist so monumental und gewichtet wie sein Motiv: das Schwarze Loch im Zentrum einer übergroßen Galaxie. Dies ist unser erster Blick auf ein Schwarzes Loch, der an diesem Aprilmorgen von der Europäischen Südsternwarte veröffentlicht wurde. Mitreißend und herrlich, geliebt und vorweggenommen, repräsentiert das Bild ein weiteres Sprungbrett für unser Verständnis des Kosmos. Es ist ein Zeugnis des menschlichen Einfallsreichtums und des rätselhaften und bezaubernden Ortes, der unser Universum ist. Das Foto selbst war eine Liebesarbeit von verschiedenen Wissenschaftlern aus der ganzen Welt, und die benötigten Daten flossen in die Radioobservatorien in der glühenden Kälte der Antarktis, in die ewigen Wüstenebenen und sogar bis zu den Gipfeln erloschener Vulkane auf paradiesischen Inseln Meer. Bei der milliardenfachen Masse unserer Sonne zeigt das Bild ein supermassereiches Schwarzes Loch und ein beeindruckendes Motiv. Sein Bild? Genauso großartig.

Die Reise

Das Event Horizon-Teleskop machte sich tatsächlich daran, zwei Schwarze Löcher zu fotografieren - den bereits erwähnten Schützen A * und ein weiteres Schwarzes Loch in der Mitte der riesigen Messier 87-Galaxie. Die beiden sind ein schöner Kontrast zueinander. Das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie ist ruhig und gefasst, es verschluckt nur ein paar Sterne und birgt eine dunkle Akkretionsscheibe. Das Schwarze Loch von Messier 87 ist viel wilder als das; es bricht in schnellen Strahlen subatomarer Teilchen aus, die sich über Tausende von Lichtjahren erstrecken, und das Loch selbst wiegt das Milliardenfache der Masse unserer Sonne. Trotz ihrer Größe war es nicht einfach, Bilder von diesen beiden Schwarzen Löchern aufzunehmen. Dies liegt daran, dass selbst der relativ nahe Schütze A * von seinem 25.000 Lichtjahre entfernten Standort aus einen Schatten wirft, der 37 Millionen Mal kleiner ist als der Vollmond. Es bedurfte der Zusammenarbeit von 8 Funkobservatorien, die im Wesentlichen ein Teleskop in Erdgröße entwickelten, um genügend Daten zu sammeln, um die heutigen Bilder zu erhalten. Während das Bild des Schwarzen Lochs von M87 aufgelöst und freigegeben wurde, ist es schwieriger, den viel näher gelegenen Schützen A * aufzunehmen, da er so dunkel ist. Wissenschaftler arbeiten derzeit an der Analyse der Daten von Schütze A *. Diese Daten von beiden Schwarzen Löchern wurden im April 2017 über einen Zeitraum von 9 Tagen erfasst.

Obwohl die Daten innerhalb von 9 Tagen abgerufen wurden, dauerte es 2 Jahre, sie zu verarbeiten, auf Fehler zu prüfen und zu Bildern zusammenzusetzen.

Die Teleskope wurden auf Schütze A * trainiert und verwendeten Atomuhren, um ihre Teilbilder zu synchronisieren. Das erhitzte Gas und der Staub, die ein Schwarzes Loch umgeben, machen es zu einem ziemlich hellen Objekt - nicht in den Wellenlängen, die für unsere Augen sichtbar sind, sondern in Radiowellen, Röntgenstrahlen und im Infrarot. Infrarot-Technologie ermöglichte es Wissenschaftlern auch, Sterne im Zentrum der Milchstraße zu betrachten. Dies war der erste aufregende Punkt bei der Detaillierung von Schütze A *. Bei der Beobachtung der Umlaufbahnen dieser Sterne stellten die Forscher fest, dass sich die Sterne mit einer Geschwindigkeit von 3 Millionen Meilen (fast 5 Millionen km) pro Stunde bewegten, was darauf hindeutet, dass auf einem sehr kleinen Gebiet eine etwa 4 Millionen-fache Masse der Sonne vorhanden war . Genau das, was sie von dem supermassiven Schwarzen Loch erwartet hatten, das im Herzen der Milchstraße existieren sollte.

Eine Visualisierung der Sternbahnen im Zentrum der Galaxie. Die Beobachtung dieser Körper wurde von 1995 bis 2012 mit den W. M. Keck-Teleskopen durchgeführt. Bild von U. von Illinois NCSA Advanced Visualization Laboratory.

Sobald Licht auf die Teleskope der Observatorien fiel, wurden die Daten auf Festplatten gespeichert, die dann per Flugzeug übertragen werden mussten. Dies war eine der Hauptverzögerungen bei der Veröffentlichung der Bilder des Schwarzen Lochs (es wurde erwartet, dass sie Ende letzten Jahres veröffentlicht werden). Bei so abgelegenen Orten wie dem Südpol verursachten begrenzte Flugreisen und intensive Bedingungen einige Komplikationen beim Datentransport. Die Erdrotation musste ebenfalls berücksichtigt werden, da die natürliche Bewegung des Planeten zu einer Art Unschärfe führte. Aus diesem Grund wurden Atomuhren verwendet, die eine möglichst genaue Zeitmessung durchführen, um die Teleskope zu synchronisieren und ein klareres Ergebnis zu erzielen. Während das aktuelle Bild möglicherweise immer noch verschwommen erscheint, können einige Algorithmen das Bild in Zukunft schärfer machen. Laut Shep Doeleman, einem Astronomen der Harvard University, der an dem Projekt gearbeitet hat, könnten höhere Frequenzen zu einer höheren Winkelauflösung führen.

Aber weil Schwarze Löcher Brunnen sind, aus denen kein Licht entweichen kann, sehen wir tatsächlich den Ereignishorizont und das Material - Gas, Staub und Licht -, das das Schwarze Loch umkreist, bevor es unvermeidlich verbraucht wird. Das Beste, was wir haben, ist diese Silhouette des Lochs, das sich von der Akkretionsscheibe ernährt. Die Akkretionsscheibe ist Materie Millionen von Grad heiß, wirbelt fast mit Lichtgeschwindigkeit und enthüllt die Position des Schwarzen Lochs durch Aussenden elektromagnetischer Strahlung. Jegliches Material von der Platte, das nicht verbraucht wird, kann in Düsen ausgestoßen werden. Diese Lichtsilhouette wurde, genau wie die Schwarzen Löcher selbst, von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Und so sehr dies für die Relativitätstheorie auch eine andere Bestätigung sein mag, sind Schwarze Löcher mit ihren Punkten unendlicher Dichte (Singularitäten) auch der Ort, an dem die Theorie zusammenbricht.

Diese Monster des Weltraums weiter zu beobachten, ist ein Schatz an Potenzialen: Sie könnten uns weiter bestätigen oder von der Relativitätstheorie abhalten und uns vielleicht auf einen anderen Weg schicken. Sie enthüllen die Geometrie der Raumzeit und könnten uns als fundamentalen Aspekt der Natur dazu bringen, den Anfang unseres Universums (oder sein Ende) besser zu verstehen. Es wurde lange spekuliert, dass ein Blick in ein Schwarzes Loch uns bei unseren Bemühungen helfen könnte, die Quantenmechanik und die allgemeine Relativitätstheorie in Einklang zu bringen und endlich alle vier Kräfte des Universums zusammenzubringen.

Simulationen eines Schwarzen Lochs wie dieses von HOTAKA SHIOKAWA / CFA / HARVARD waren unglaublich nah an dem, was tatsächlich gefangen wurde. Die Wissenschaftler reagierten mit Erstaunen und bezeichneten das Bild des Schwarzen Lochs zunächst als etwas „Wahres“ und „Wunderbares“. Einige Wissenschaftler hatten Tränen in den Augen.

Aufgrund all dieses Potenzials und mehr beobachtete und erfasste das Event Horizon Telescope im Jahr 2018 weiterhin Daten, die derzeit analysiert werden. Neue Teleskope in Grönland, Arizona und Frankreich werden zu unserem Wissen über Schütze A * und andere Schwarze Löcher in unserem Universum beitragen.

Unser Verständnis dieser Phänomene hat einen langen Weg zurückgelegt. Während der Begriff "Schwarzes Loch" in den 1960er Jahren in New York geprägt wurde, galten Schwarze Löcher als "dunkle Sterne", als sie aus einem Gedankenexperiment im 18. Jahrhundert hervorgingen. Wissenschaftlich haben sie ihren Platz vor einem Jahrhundert markiert, als sie von Einstein vorhergesagt wurden. Die erste Entdeckung machte sich 1971 bemerkbar und heute, im Jahr 2019, sehen wir eine fotografierte Entdeckung, die das Herz einer immer neugierigeren Galaxie schlägt - oder sich vielmehr dreht.

Der Smithsonian-Kanal wird am Freitag, den 12. April, eine einstündige Dokumentation über diese Entdeckung uraufführen.

Dieser Artikel wird aktualisiert, sobald weitere Informationen veröffentlicht werden.