Aktualisiert am 11. April um 16:40 Uhr ET.
Gestern hat Earthlings zum ersten Mal ein Bild eines Schwarzen Lochs gesehen und das, was nur in unseren kollektiven Vorstellungen lebte, in konkrete Realität umgesetzt.
Das Bild zeigt einen orangefarbenen, schiefen Ring, der den dunklen Schatten eines schwarzen Lochs umkreist, das Materie in 55 Millionen Lichtjahren Entfernung im Zentrum einer als Jungfrau A bekannten Galaxie verschlingt (Messier 87).
Dieser verschwommene erste Blick genügt, um zu bestätigen, dass Einsteins Relativitätstheorie sogar an der Grenze dieses riesigen Abgrunds funktioniert - einem extremen Ort, an dem einige dachten, seine Gleichungen würden zusammenbrechen. Dieses schwer fassbare Bild wirft jedoch viele Fragen auf. Hier sind einige Ihrer Fragen beantwortet.
Was ist ein Schwarzes Loch?
Schwarze Löcher sind extrem dichte Objekte, denen nichts entweichen kann, nicht einmal Licht. Wenn sie in der Nähe Materie essen, werden sie größer. Schwarze Löcher bilden sich normalerweise, wenn ein großer Stern stirbt und auf sich selbst fällt.
Es wird angenommen, dass supermassive Schwarze Löcher, die millionen- oder milliardenfach so massereich sind wie die Sonne, im Zentrum fast jeder Galaxie liegen, einschließlich unserer eigenen. Unserer heißt Schütze A *.
Warum haben wir noch nie ein Bild von einem Schwarzen Loch gesehen?
Schwarze Löcher, auch supermassive, sind nicht so groß. Ein Bild des Schwarzen Lochs in der Mitte unserer Milchstraße, von dem angenommen wird, dass es etwa 4 Millionen Mal so massereich ist wie die Sonne, wäre wie ein Foto einer DVD auf der Mondoberfläche, Dimitrios Psaltis, Astrophysiker an der Universität von Arizona, sagte gegenüber Vox. Außerdem werden Schwarze Löcher typischerweise von Material umhüllt, das das das Schwarze Loch umgebende Licht verdecken kann, schrieben sie.
Woher wussten wir vor diesem Bild, dass es schwarze Löcher gibt?
Einsteins Relativitätstheorie sagte zunächst voraus, dass ein massereicher Stern, als er starb, einen dichten Kern hinterließ. Wenn dieser Kern mehr als dreimal so massereich war wie die Sonne, zeigten seine Gleichungen, dass die Schwerkraft laut NASA ein Schwarzes Loch erzeugte.
Bis gestern (10. April) konnten Wissenschaftler Schwarze Löcher weder fotografieren noch direkt beobachten. Sie stützten sich vielmehr auf indirekte Beweise - Verhalten oder Signale von anderen Objekten in der Nähe. Zum Beispiel verschlingt ein Schwarzes Loch Sterne, die zu nahe dran sind. Dieser Prozess erwärmt die Sterne und sendet Röntgensignale aus, die von Teleskopen erfasst werden können. Manchmal spucken schwarze Löcher auch riesige Ausbrüche geladener Teilchen aus, was wiederum von unseren Instrumenten wahrgenommen werden kann.
Wissenschaftler untersuchen manchmal auch die Bewegung von Objekten - wenn sie seltsam gezogen zu werden scheinen, könnte ein Schwarzes Loch der Schuldige sein.
Was sehen wir auf dem Bild?
Schwarze Löcher selbst emittieren zu wenig Strahlung, um erkannt zu werden, aber wie Einstein vorausgesagt hat, sind der Umriss eines Schwarzen Lochs und sein Ereignishorizont - die Grenze, hinter der kein Licht entweichen kann - zu sehen.
Es stellt sich heraus, das stimmt. Der dunkle Kreis in der Mitte ist der "Schatten" des Schwarzen Lochs, der durch das glühende Gas sichtbar wird, das sich am Ereignishorizont um es herum befindet. (Die extreme Anziehungskraft des Schwarzen Lochs überhitzt das Gas und bewirkt, dass es Strahlung oder "Glühen" emittiert.) Das Gas im Ereignishorizont ist jedoch nicht wirklich orange - vielmehr haben die am Projekt beteiligten Astronomen die Radiowellensignale orange gefärbt, um darzustellen, wie hell die Emissionen sind.
Die Gelbtöne stellen die intensivsten Emissionen dar, während Rot eine geringere Intensität und Schwarz geringe oder keine Emissionen darstellt. Im sichtbaren Spektrum würde die Farbe der Emissionen wahrscheinlich mit bloßem Auge als weiß angesehen werden, möglicherweise leicht mit Blau oder Rot befleckt.
Sie können mehr in diesem Live Science-Artikel lesen.
Warum ist das Bild verschwommen?
Mit der aktuellen Technologie ist dies die höchste erreichbare Auflösung. Die Auflösung des Event Horizon Telescope beträgt ca. 20 Mikrosekunden. (Eine Mikrosekunde entspricht ungefähr der Größe eines Zeitraums am Ende eines Satzes, wenn Sie ihn von der Erde aus betrachten, und dieser Zeitraum befand sich laut dem Journal der Amateur Astronomers Association von New York in einer Broschüre auf dem Mond.)
Wenn Sie ein gewöhnliches Foto aufnehmen, das Millionen von Pixeln enthält, es einige tausend Mal vergrößern und glätten, sehen Sie laut Geoffrey Crew, dem stellvertretenden Vorsitzenden der., Etwa die gleiche Auflösung wie auf dem Bild des Schwarzen Lochs Event Horizon Telescope. Aber wenn man bedenkt, dass sie ein Schwarzes Loch in 55 Millionen Lichtjahren Entfernung abbilden, ist das unglaublich beeindruckend.
Warum ist der Ring so unregelmäßig geformt?
Die Missionswissenschaftler wissen es noch nicht. "Gute Frage, die wir hoffentlich in Zukunft beantworten können", sagte Crew. "Im Moment hat uns M87 das gezeigt."
Wie haben Wissenschaftler dieses Bild aufgenommen?
Über 200 Astronomen auf der ganzen Welt nahmen die Messungen mit acht bodengestützten Radioteleskopen vor, die zusammen als Event Horizon Telescope (EHT) bekannt sind. Diese Teleskope befinden sich laut einer Aussage der National Science Foundation in der Regel an hoch gelegenen Orten wie Vulkanen in Hawaii und Mexiko, Bergen in Arizona und der spanischen Sierra Nevada, der Atacama-Wüste und der Antarktis.
Im April 2017 synchronisierten die Astronomen alle Teleskope, um gleichzeitig Messungen der vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs emittierten Radiowellen durchzuführen. Das Synchronisieren der Teleskope war vergleichbar mit der Schaffung eines erdgroßen Teleskops mit einer beeindruckenden Auflösung von 20 Mikrosekunden - genug, um eine Zeitung in den Händen eines New Yorkers aus einem Café in Paris zu lesen. (Im Vergleich dazu hat das abgebildete Schwarze Loch einen Durchmesser von etwa 42 Mikrosekunden).
Sie nahmen dann alle diese Rohmessungen vor, analysierten sie und kombinierten sie zu dem Bild, das Sie sehen.
Warum haben die Wissenschaftler eher Radiowellen als sichtbares Licht gemessen, um das Bild aufzunehmen?
Sie könnten mit Radiowellen eine bessere Auflösung erzielen als mit sichtbarem Licht. "Radiowellen bieten derzeit die höchste Winkelauflösung aller Techniken", sagte Crew. Die Winkelauflösung bezieht sich darauf, wie gut (der kleinste Winkel) ein Teleskop zwischen zwei verschiedenen Objekten unterscheiden kann.
Ist das ein aktuelles Foto?
Nein, nicht im traditionellen Sinne. "Es ist schwierig, mit Radiowellen ein Bild zu machen", sagte die Crew. Die Missionswissenschaftler haben Radiowellen gemessen, die vom Ereignishorizont des Schwarzen Lochs ausgestrahlt werden, und diese Informationen dann mit einem Computer verarbeitet, um das Bild zu erstellen, das Sie sehen.
Beweist dieses Bild noch einmal Einsteins Relativitätstheorie?
Ja. Einsteins Relativitätstheorie sagte voraus, dass Schwarze Löcher existieren und Ereignishorizonte haben. Die Gleichungen sagen auch voraus, dass der Ereignishorizont etwas kreisförmig sein sollte und die Größe in direktem Zusammenhang mit der Masse des Schwarzen Lochs stehen sollte.
Und siehe da: Ein etwas kreisförmiger Ereignishorizont und die abgeleitete Masse des Schwarzen Lochs stimmen mit Schätzungen darüber überein, was auf der Bewegung der weiter entfernten Sterne basieren sollte.
Sie können mehr auf Space.com lesen.
Warum haben sie nicht ein Bild des Schwarzen Lochs unserer eigenen Galaxie aufgenommen, sondern eines in der Ferne ausgewählt?
M87 war das erste Schwarzloch, das von Forschern gemessen wurde, und sie analysierten es zunächst, sagte Shep Doeleman, der Direktor des Event Horizon Telescope, während einer Pressekonferenz. Aber es sei auch einfacher, sich ein Bild im Vergleich zu Schütze A * zu machen, der sich im Zentrum unserer Galaxie befindet, fügte er hinzu. Das liegt daran, dass es so weit weg ist, dass es sich im Laufe eines Messabends nicht viel "bewegt". Schütze A * ist viel näher, also nicht so "fest" am Himmel. Auf jeden Fall "freuen wir uns sehr, an Sag A * zu arbeiten", sagte Doeleman. "Wir versprechen nichts, aber wir hoffen, dass wir das bald bekommen."
