Gerade veröffentlicht: Erstes Bild eines Schwarzen Lochs

M87s supermassives Schwarzes Loch. Mit einem Durchmesser von 40 Milliarden km entspricht es ungefähr der Größe unseres gesamten Sonnensystems. Da dieses Schwarze Loch stabiler ist und sich im Laufe eines Abends weniger verändert, war es einfacher zu erfassen, obwohl es viel weiter entfernt war als das 25.000 Lichtjahre entfernte Schwarze Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxie. Bild von der EHT und der National Science Foundation.

Das obige Bild ist so monumental und gewichtet wie sein Motiv: das Schwarze Loch im Zentrum einer übergroßen Galaxie. Es wurde am frühen Aprilmorgen vom European Southern Observatory veröffentlicht und ist unser erster Blick auf ein Schwarzes Loch. Transfixierend und herrlich, geliebt und vorweggenommen, stellt das Bild ein weiteres Sprungbrett für unser Verständnis des Kosmos dar. Es ist ein Beweis für den menschlichen Einfallsreichtum und für den rätselhaften und bezaubernden Ort, der unser Universum ist. Das Foto selbst war eine Liebesarbeit verschiedener Wissenschaftler aus der ganzen Welt. Die benötigten Daten flossen in die Funkobservatorien in der glühenden Kälte der Antarktis, in die ewigen Wüstenebenen und sogar auf die Gipfel erloschener Vulkane auf paradiesischen Inseln inmitten des Rollens Meer. In Milliardenhöhe der 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 - das oben erwähnte Schütze A * und ein weiteres Schwarzes Loch im Zentrum der riesigen Messier 87-Galaxie. Die beiden sind ein schöner Kontrast zueinander. Das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie ist ruhig und gefasst, verschluckt nur wenige Sterne und beherbergt eine dunkle Akkretionsscheibe. Das Schwarze Loch von Messier 87 ist viel ausgelassener 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 dieser beiden Schwarzen Löcher aufzunehmen. Dies liegt daran, dass selbst der relativ nahe Schütze A *, von wo aus er 25.000 Lichtjahre entfernt liegt, einen Schatten wirft, der über 37 Millionen Mal kleiner ist als der Vollmond. Es bedurfte einer Zusammenarbeit zwischen 8 Funkobservatorien, die im Wesentlichen ein erdgroßes Teleskop herstellten, um genügend Daten zu sammeln, um die Bilder zu erhalten, die wir heute haben. Während das Bild des Schwarzen Lochs von M87 aufgelöst und freigegeben wurde, ist es viel schwieriger, den viel näheren Schützen A * genau zu erfassen, weil 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.

Während die Daten in 9 Tagen erhalten wurden, dauerte es 2 Jahre, um 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 für unsere Augen sichtbaren Wellenlängen, sondern in Radiowellen, Röntgenstrahlen und im Infrarot. Dank der Infrarottechnologie konnten Wissenschaftler auch Sterne im Zentrum der Milchstraße 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 hinweist, dass auf sehr kleinem Raum eine Masse vorhanden war, die etwa 4 Millionen Mal so groß war wie die der Sonne . Genau das, was sie von dem supermassiven Schwarzen Loch erwartet hatten, von dem vorhergesagt wurde, dass es im Herzen der Milchstraße existiert.

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

Sobald Licht auf die Teleskope der Observatorien traf, 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 (sie wurden voraussichtlich Ende letzten Jahres veröffentlicht). Bei so abgelegenen Orten wie dem Südpol verursachten begrenzte Flugreisen und intensive Bedingungen einige Komplikationen beim Transport der Daten. Die Erdrotation musste auch bei der natürlichen Bewegung des Planeten berücksichtigt werden, was zu einer Art Unschärfe führte. Aus diesem Grund wurden Atomuhren, die eine möglichst genaue Zeitmessung durchführen, verwendet, 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 Millionen von Grad heiß, wirbelt fast mit Lichtgeschwindigkeit und enthüllt den Ort des Schwarzen Lochs durch Emission elektromagnetischer Strahlung. Nicht verbrauchtes Material von der Festplatte kann in Düsen herausgedrückt werden. Diese Silhouette des Lichts wurde ebenso wie die Schwarzen Löcher selbst von der allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt. Und doch, so sehr dies eine weitere Bestätigung der Relativitätstheorie erscheinen mag, sind Schwarze Löcher mit ihren Punkten unendlicher Dichte (Singularitäten) auch der Ort, an dem die Theorie zusammenbricht.

Die weitere Beobachtung dieser Weltraummonster ist eine Schatzkammer des Potenzials: 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 als grundlegender Aspekt der Natur dazu führen, dass wir den Anfang unseres Universums (oder sein Ende) besser verstehen. Es wurde lange spekuliert, dass ein Blick in ein Schwarzes Loch uns bei unseren Bemühungen helfen könnte, Quantenmechanik und 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 aufgenommen wurde. Die Wissenschaftler reagierten mit Erstaunen und beschrieben, dass sie das Bild des Schwarzen Lochs zuerst als etwas „so Wahres“ und „voller Wunder“ betrachteten. Einige Wissenschaftler hatten Tränen in den Augen.

Aufgrund all dieses Potenzials und mehr hat das Event Horizon Telescope auch 2018 Daten beobachtet und erfasst, wobei diese Daten 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, wurden Schwarze Löcher erstmals als „dunkle Sterne“ angesehen, 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 wurde 1971 in einer Entdeckung bekannt und heute, 2019, sehen wir eine, die fotografiert wurde, als sie schlägt - oder sich eher dreht - als das Herz einer immer neugierigeren Galaxie.

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

Dieser Artikel wird aktualisiert, sobald weitere Informationen veröffentlicht werden.