Betrachten Sie das supermassereiche Schwarze Loch der Milchstraße in einem allerersten Bild


Astronomen haben endlich das Zentrum der Milchstraße gesehen und ein riesiges Schwarzes Loch entlarvt, einen himmlischen Wirbel 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, der sonst verborgen bleiben sollte.

Ein internationales Forscherteam hat am Donnerstag eine Momentaufnahme des supermassiven Schwarzen Lochs namens Sagittarius A* veröffentlicht., ausspioniert durch die Kraft von acht miteinander verbundenen Funkschüsseln aus der ganzen Welt, die zusammen Gaswolken im Weltraum durchdringen können. Obwohl Schwarze Löcher per Definition unsichtbar sind – Licht kann sich nicht schnell genug ausbreiten, um ihren Fängen zu entkommen – offenbarte sich Schütze A* in Form eines schwarzen Schattens, umgeben von dem hellen Schein des Gases und der Trümmer, die um seinen Umfang wirbeln.

Das Foto zeigte eine Region im Weltraum, die an eine Sonnenfinsternis erinnert – ein dunkler Kreis, umhüllt von einem leuchtenden rot-orangefarbenen Lichtschimmer. Das Bild wurde koloriert, damit menschliche Augen es wahrnehmen konnten.

Bis vor drei Jahren war jede Darstellung eines Schwarzen Lochs lediglich eine künstlerische Interpretation oder ein Computermodell dessen, wie das sich drehende, raumzeitkrümmende Phänomen aussehen könnte. Dieses Objekt, das auf dem Foto oben in dieser Geschichte zu sehen ist, ist das einzig Wahre, wobei jedes Pixel eine Herkulesanstrengung darstellt: Hunderte von Wissenschaftlern von 80 Institutionen auf der ganzen Welt, die zusammenarbeiten, um Datenfragmente zu sammeln, zu verarbeiten und zusammenzusetzen.

Der Durchbruch war auch in der Wissenschaft veröffentlicht Tagebuch Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe. Sprecher der Event-Horizon-Teleskopdie internationale Zusammenarbeit von 300 Wissenschaftlern, die an diesem Kunststück gearbeitet haben, veranstaltete simultane Pressekonferenzen in mindestens sieben Ländern, um die Neuigkeiten zu teilen, einschließlich der Vereinigten Staaten im National Press Club in der Hauptstadt der Nation.

Das Bild von Schütze A*, ausgesprochen „Sagittarius A-Star“, ist eine monumentale Errungenschaft, das zweite Mal, dass Wissenschaftler die Barriere der Unsichtbarkeit überwunden haben, um einen Blick auf ein Schwarzes Loch zu erhaschen. Das erste Foto, das im April 2019 enthüllt wurde, zeigte das Schwarze Loch, das sich im Zentrum des befindet Galaxie Messier 87, ein leichter zu erfassendes Ziel aufgrund seiner Größe, obwohl es viel weiter entfernt ist, etwa 53 Millionen Lichtjahre entfernt. Astronomen sagen, dass das Schwarze Loch mit der Bezeichnung M87* so groß ist wie das Sonnensystem der Erde mit acht Planeten.

Das zweite Foto ist eine starke Bestätigung für die wissenschaftliche Gemeinschaft, sagte Feryal Özel, Professor für Astronomie und Physik an der University of Arizona.

„Jetzt wissen wir, dass es kein Zufall war – es war kein Aspekt der Umgebung, der zufällig so aussah wie der Ring, den wir erwartet hatten“, sagte sie bei der Nachrichtenveranstaltung in Washington, DC. „Das wissen wir jetzt , was wir in beiden Fällen sehen, ist das Herz des Schwarzen Lochs, der Punkt ohne Wiederkehr. Diese beiden Bilder sehen ähnlich aus, weil sie die Folge grundlegender Schwerkraftkräfte sind.“

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Vergleich zweier schwarzer Löcher

Diese Grafik zeigt, wie viel größer das supermassereiche Schwarze Loch in der Galaxie M87 ist als Sagittarius A* (das im Zentrum unserer Milchstraße liegt).
Bildnachweis: National Science Foundation / Keyi „Onyx“ Li

Schütze A*, oder kurz Sgr A*, ist mit einem Durchmesser von etwa 27 Millionen Meilen erheblich kleiner, aber es ist kein Winzling. Wissenschaftler schätzen, dass es 4 Millionen Mal massiver ist als die Sonne. Um eine schwer greifbare Zahl noch unergründlicher zu machen, stellen Sie sich Folgendes vor: Die Masse der Sonne entspricht 333.000 Erden.

Seine Heimat Milchstraße, eine Spiralgalaxie, ist ziemlich flach, aber das Zentrum sinkt nach unten, wo das supermassereiche Schwarze Loch sitzt. Um ihn herum sind Sterne, die in verschiedene Richtungen flitzen. Aber das Loch, das in der Popkultur oft als Weltraummonster vermenschlicht wird, ist eigentlich ziemlich „sanft“, sagen Forscher und verbraucht relativ wenig von seiner Umgebung.

Schwarze Löcher gehören zu den schwer fassbaren Dingen im Weltraum. Die häufigste Art, genannt a stellares Schwarzes Loch, wird oft für das Ergebnis eines riesigen Sterns gehalten, der bei einer Supernova-Explosion stirbt. Das Material des Sterns kollabiert dann in sich selbst und verdichtet sich zu einem relativ kleinen Bereich.

Aber wie supermassereiche schwarze löcher, millionen- bis milliardenfach massereicher als die Sonne, ist die Form noch mysteriöser als typische stellare Schwarze Löcher. Viele Astrophysiker und Kosmologen glauben, dass diese Giganten im Zentrum praktisch aller Galaxien lauern. Jüngste Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops haben die Theorie gestützt, dass supermassereiche Schwarze Löcher in den staubigen Kernen von Starburst-Galaxien ihren Anfang nehmen, wo schnell neue Sterne entstehen, aber Wissenschaftler arbeiten immer noch an dem Problem.

Schwarze Löcher haben keine Oberflächen wie auf einem Planeten oder Stern. Stattdessen haben sie eine Grenze namens an „Ereignishorizont,“ Es ist ein Punkt ohne Wiederkehr. Wenn irgendetwas zu nahe kommt, fällt es hinein, ohne der Anziehungskraft des Lochs zu entkommen.

Veröffentlichung des ersten Schwarzlochfotos im Jahr 2019


Bildnachweis: Chip Somodevilla / Getty Images

Wenn M87* Beweis dafür, dass Schwarze Löcher keine Science-Fiction waren, ist Sgr A* das Zeugnis jahrzehntelanger zunehmender Beobachtungswissenschaft. Vor dem ersten Foto eines Schwarzen Lochs schlossen Wissenschaftler auf die Anwesenheit eines Lochs im Weltraum, indem sie seine Auswirkungen auf nahe Sterne und Gas entdeckten. Albert Einstein, dessen Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie vor über einem Jahrhundert Schwarze Löcher vorhersagte, und Stephen Hawking, ein Kosmologe, der einen Großteil seiner Karriere dem mathematischen Beweis ihrer Existenz widmete, gehören zu den vielen Persönlichkeiten, die den Weg für die Enthüllung vom Donnerstag ebneten.

Wenn M87* den Beweis erbrachte, dass Schwarze Löcher keine Science-Fiction waren, ist Sgr A* das Zeugnis jahrzehntelanger zunehmender Beobachtungswissenschaft.

Sgr A* ist für Wissenschaftler aufregend, weil es gewöhnlich ist, sagte Michael Johnson vom Harvard Smithsonian Center for Astrophysics. Das zentrale supermassereiche Schwarze Loch steht stellvertretend für viele andere im Universum und ermöglicht es Experten, mehr über diese mysteriösen Weltraumobjekte zu erfahren.

Trotz ihrer visuellen Ähnlichkeiten – ein brennender Donut im Vergleich zu einem anderen brennenden Donut – könnten die beiden Schwarzen Löcher nicht unterschiedlicher sein, sagten Wissenschaftler. M87* sammelt Materie deutlich schneller an, aber das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße verändert sein Aussehen schneller: Es dauert nur wenige Minuten, bis Gas es vollständig umkreist, während eine Umrundung seines Vorgängers etwa zwei Wochen dauert.

Darüber hinaus sendet das erste fotografierte Schwarze Loch einen riesigen Strahlungsstrahl aus, der sich bis zum Rand seiner Galaxie erstreckt, während Sgr A* dies nicht tut.

Um die riesige Datenmenge zu sammeln, die für die Verarbeitung des neuen Bildes benötigt wird, verwendete das Event Horizon Telescope eine Technik namens Interferometrie mit sehr langer Basislinie, die Observatorien auf der ganzen Welt synchronisiert und die Erdrotation nutzt, um ein virtuelles Teleskop in Planetengröße zu bilden . Zusammengenommen waren die Instrumente in der Lage, den Himmel mit einer Sicht zu sehen, die der Organisation entspricht, die zum Lesen einer Zeitung in New York von Paris aus erforderlich ist.

Zum Zeitpunkt der Ankündigung des Schwarzen Lochs im Jahr 2019 sagten Mitarbeiter des Event Horizon Telescope, sie hätten versucht, auch ein Bild dieses supermassiven Schwarzen Lochs zu erstellen, aber das Team sei nicht in der Lage gewesen, sich ein klares Bild zu machen. Als eines der am besten untersuchten supermassereichen Schwarzen Löcher im Universum, das war eine Enttäuschung für viele Astrophysiker, die sich danach sehnten, den eigenen Nabel unserer Galaxie zu betrachten.

„Für mich persönlich habe ich es vor 20 Jahren kennengelernt und seitdem geliebt und versucht, es zu verstehen“, sagte Özel am Donnerstag.

Dieses Mal fügten die Wissenschaftler das Südpolteleskop, das auf dem M87*-Foto nicht verwendet wurde, dem virtuellen Teleskop-Array hinzu, um die Auflösung ihrer Bilder zu verbessern. Die Forscher sammelten Daten im Wert von etwa fünf Petabyte 2,5 Billionen Seiten gedruckter Texteum auch nur einen Schimmer dieses Schwarzen Lochs einzufangen, sagte Dom Pesce, ein Mitglied des Teleskopteams.

Anders ausgedrückt, das ist die äquivalente Datenmenge in etwa 100 Millionen TikTok-Videos, sagte Vincent Fish, ein Forschungswissenschaftler am MIT Haystack Observatory. Das ist viel zu viel, um es über das Internet zu streamen, also mussten Wissenschaftler Hunderte von Festplatten an zwei Zentren in West-Massachusetts und Bonn, Deutschland, schicken, wo Supercomputer die Rohdaten verarbeiten konnten.

Das Südpolteleskop an der Amundsen-Scott-Südpolstation der NSF


Bildnachweis: Daniel Michalik / National Science Foundation

Zugegeben, das Sgr A*-Foto ist verschwommen. Johnson verglich die Unschärfe mit dem Blick durch Milchglas. Radiowellen, die wichtige Bilddetails enthalten, werden gestreut, wodurch die scharfe Kontur des Lochs eher wie ein Geleering aussieht. Um das zu beheben, müssen die Teleskope entweder weiter voneinander entfernt sein oder höhere Frequenzen erreichen, sagte er.

„Wir glauben nicht, dass das Schwarze Loch tatsächlich ein verschwommenes Bild am Himmel ist“, sagte Johnson. „Wir sind hier gerade an unserem Bruchpunkt.“

„Wir glauben nicht, dass das Schwarze Loch tatsächlich ein verschwommenes Bild am Himmel ist.“

Mit finanzieller Unterstützung der Nationale Wissenschaftsstiftung und anderen Gruppen planen Wissenschaftler, ihre Technologie zu verbessern, um das Bild drastisch schärfer zu machen.

Ein weiterer nächster Schritt der Zusammenarbeit ist der Versuch, diese Standbilder in Videos umzuwandeln, damit Wissenschaftler beobachten können, wie Gas in Richtung der Ereignishorizonte der Schwarzen Löcher fällt. Dieses Projekt könnte irgendwann nach 2024 abgeschlossen sein, sagten sie.

Aber für den Fall, dass jemand da draußen von einem weiteren brennenden Donut überwältigt ist, erinnerte Katie Bouman, Assistenzprofessorin für Astronomie am Caltech, daran, wie viele Daten in das Bild gepackt sind.

„Dieses Bild ist tatsächlich eines der schärfsten Bilder, die Sie je gesehen haben“, sagte sie.



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