Es ist die erste direkte Beobachtung, die das Vorhandensein des Schwarzen Lochs, bekannt als Sagittarius A*, als das schlagende Herz der Milchstraße bestätigt.
Schwarze Löcher emittieren kein Licht, aber das Bild zeigt den Schatten des Schwarzen Lochs, umgeben von einem hellen Ring, der aus Licht besteht, das durch die Schwerkraft des Schwarzen Lochs gebogen wird. Astronomen sagten, das Schwarze Loch sei vier Millionen Mal so massereich wie unsere Sonne.
„Jahrzehntelang haben sich Astronomen gefragt, was im Herzen unserer Galaxie liegt und Sterne durch ihre immense Schwerkraft in enge Umlaufbahnen zieht“, sagt Michael Johnson, Astrophysiker am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, heißt es in einer Erklärung.
„Mit dem (Event Horizon Telescope oder EHT) Bild haben wir tausendmal näher an diese Umlaufbahnen herangezoomt, wo die Schwerkraft millionenfach stärker wird. In dieser Nähe beschleunigt das Schwarze Loch Materie auf nahezu Lichtgeschwindigkeit und biegt die Pfade der Photonen in der verzerrten (Raum-Zeit) ab.”
Das Schwarze Loch ist etwa 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Unser Sonnensystem befindet sich in einem der Spiralarme der Milchstraße, weshalb wir so weit vom galaktischen Zentrum entfernt sind. Wenn wir dies an unserem Nachthimmel sehen könnten, würde das Schwarze Loch so groß erscheinen wie ein Donut auf dem Mond.
„Wir waren verblüfft, wie gut die Größe des Rings mit Vorhersagen aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmte“, sagte EHT-Projektwissenschaftler Geoffrey Bower vom Institut für Astronomie und Astrophysik, Academia Sinica, Taipei, in einer Erklärung.
„Diese beispiellosen Beobachtungen haben unser Verständnis dessen, was genau (im Zentrum) unserer Galaxie passiert, erheblich verbessert und bieten neue Einblicke darüber, wie diese riesigen Schwarzen Löcher mit ihrer Umgebung interagieren.“
Auf der Suche nach dem schwarzen Loch
Es hat fünf Jahre gedauert, bis Astronomen dieses Bild und diese Entdeckung aufgenommen und bestätigt haben. Zuvor beobachteten Wissenschaftler Sterne, die ein unsichtbares, massives Objekt im galaktischen Zentrum umkreisten.
„Wir sehen jetzt, dass das Schwarze Loch das Gas und das Licht in der Nähe verschluckt und sie in eine bodenlose Grube zieht“, sagt Ramesh Narayan, ein theoretischer Astrophysiker am Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, heißt es in einer Erklärung. „Dieses Bild bestätigt jahrzehntelange theoretische Arbeit, um zu verstehen, wie Schwarze Löcher essen.“
Die Entdeckung wurde durch mehr als 300 Forscher aus 80 Institutionen ermöglicht, die mit einem Netzwerk von acht verschiedenen Radioteleskopen auf der ganzen Welt zusammenarbeiten, die das Event Horizon Telescope bilden.
Das Teleskop ist nach dem „Ereignishorizont“ benannt, dem Punkt, an dem kein Licht aus einem Schwarzen Loch entweichen kann. Dieses globale Teleskopnetzwerk bildet im Wesentlichen ein einziges virtuelles Teleskop in „Erdgröße“, wenn alle acht miteinander verbunden sind und gemeinsam beobachten.
Während die beiden Bilder ähnlich aussehen, ist Sagittarius A* mehr als 1.000 Mal kleiner als M87*.
„Wir haben zwei völlig unterschiedliche Arten von Galaxien und zwei sehr unterschiedliche Massen von Schwarzen Löchern, aber in der Nähe des Randes dieser Schwarzen Löcher sehen sie erstaunlich ähnlich aus“, sagte Sera Markoff, Co-Vorsitzende des EHT Science Council und Professorin für Theoretische Astrophysik an der EHT Universität Amsterdam, in einer Erklärung.
„Dies sagt uns, dass (Einsteins Theorie der) Allgemeinen Relativitätstheorie diese Objekte aus nächster Nähe regiert, und alle Unterschiede, die wir weiter entfernt sehen, müssen auf Unterschiede im Material zurückzuführen sein, das die Schwarzen Löcher umgibt.“
Ein unmögliches Bild aufnehmen
Obwohl das Schwarze Loch der Milchstraße näher an der Erde liegt, war es viel schwieriger, sich ein Bild davon zu machen.
„Das Gas in der Nähe der Schwarzen Löcher bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit – fast so schnell wie Licht – sowohl um Sgr A* als auch um M87*“, sagte EHT-Wissenschaftler Chi-kwan Chan vom Steward Observatory and Department of Astronomy and the Das Data Science Institute der University of Arizona, sagte in einer Erklärung.
„Aber wo Gas Tage bis Wochen braucht, um die größere M87* zu umkreisen, vollendet es in der viel kleineren Sgr A* eine Umlaufbahn in nur wenigen Minuten. Das bedeutet, dass sich die Helligkeit und das Muster des Gases um Sgr A* während der EHT-Kollaboration schnell änderten beobachtete es – ein bisschen wie der Versuch, ein klares Bild von einem Welpen zu machen, der schnell seinem Schwanz nachjagt.
Das globale Netzwerk von Astronomen musste neue Werkzeuge entwickeln, um die schnelle Bewegung von Gas um Sagittarius A* zu ermöglichen. Das resultierende Bild ist ein Durchschnitt verschiedener vom Team aufgenommener Bilder. Laut Forschern des California Institute of Technology war die Aufnahme des Sagittarius A*-Bildes wie das Fotografieren eines Salzkorns in New York City mit einer Kamera in Los Angeles.
„Dieses Bild des Event Horizon Telescope erforderte mehr, als nur ein Bild von Teleskopen auf hohen Berggipfeln aufzunehmen. Es ist das Produkt sowohl technisch anspruchsvoller Teleskopbeobachtungen als auch innovativer Rechenalgorithmen“, Katherine Bouman, Rosenberg-Stipendiatin und Assistenzprofessorin für Informatik und mathematische Wissenschaften , Elektrotechnik und Astronomie am Caltech, sagte während einer Pressekonferenz.
Jedes Teleskop wurde bis an seine Grenze getrieben, die als Beugungsgrenze bezeichnet wird, oder die maximalen feinen Merkmale, die es sehen kann.
„Und das ist im Grunde das Niveau, das wir hier sehen“, sagte Johnson auf der Pressekonferenz. „Es ist unscharf, denn um ein schärferes Bild zu machen, müssen wir unsere Teleskope weiter auseinander bewegen oder in höhere Frequenzen gehen.“
Am Horizont
Bilder von zwei sehr unterschiedlichen Schwarzen Löchern zu haben, wird es Astronomen ermöglichen, ihre Ähnlichkeiten und Unterschiede zu bestimmen und besser zu verstehen, wie sich Gas um supermassereiche Schwarze Löcher verhält, was zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien beitragen könnte. Es wird angenommen, dass Schwarze Löcher im Zentrum der meisten Galaxien existieren und sich wie ein Motor verhalten, der sie antreibt.
In der Zwischenzeit arbeitet das EHT-Team daran, das Teleskopnetzwerk zu erweitern und Upgrades durchzuführen, die in Zukunft zu noch atemberaubenderen Bildern und sogar Filmen von Schwarzen Löchern führen könnten.
Die Aufnahme eines sich bewegenden Schwarzen Lochs kann zeigen, wie es sich im Laufe der Zeit verändert und was das Gas tut, wenn es um ein Schwarzes Loch wirbelt. Bouman und EHT-Mitglied Antonio Fuentes, der im Oktober als Postdoktorand zum Caltech kommen wird, entwickeln Methoden, die es ihnen ermöglichen, Bilder des Schwarzen Lochs zusammenzufügen, um diese Bewegung widerzuspiegeln.
Dieses „erste direkte Bild des sanften Riesen im Zentrum unserer Galaxie“ sei nur der Anfang, sagte Feryal Özel, Mitglied des EHT-Wissenschaftsrats und Professor für Astronomie und Physik sowie stellvertretender Dekan für Forschung an der University of Arizona, während die Pressekonferenz.
„Dieses Bild ist ein Beweis dafür, was wir erreichen können, wenn wir als globale Forschungsgemeinschaft unsere klügsten Köpfe zusammenbringen, um das scheinbar Unmögliche möglich zu machen“, sagte Sethuraman Panchanathan, Direktor der National Science Foundation, in einer Erklärung. “Sprache, Kontinente und sogar die Galaxie können dem, was die Menschheit erreichen kann, nicht im Wege stehen, wenn wir uns zum Wohle aller zusammenschließen.”