Ein internationales Team von Radioastronomen hat heute (10. April) das erste Nahaufnahmebild eines Schwarzen Lochs angekündigt.
Es ist ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie Jungfrau A (auch Messier 87 oder M87 genannt) und es ist so groß - so breit wie unser gesamtes Sonnensystem -, dass es selbst in 53 Millionen Lichtjahren Entfernung am Himmel so groß aussieht als Schütze A *, das kleinere, aber immer noch ziemlich supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxie. Diese Ankündigung ist das erste Ergebnis einer Anstrengung, die im April 2017 begann und an der alle großen Radioteleskope der Erde beteiligt waren - zusammenfassend als Event Horizon Telescope bezeichnet.
Wenn diese Objekte so groß sind und die Teleskope bereits da draußen waren, warum haben Wissenschaftler erst kürzlich herausgefunden, wie sie abgebildet werden können? Und nachdem sie es herausgefunden hatten, warum dauerte es zwei Jahre, um ein Bild zu produzieren?
Um die erste Frage einfach zu beantworten: Schwarze Löcher dieser Größe sind sehr selten. Es wird angenommen, dass jede große Galaxie nur eine in ihrem Zentrum hat. Sie sind normalerweise ziemlich dunkel und in Wolken aus dichter Materie und Sternen gehüllt. Und selbst der nächste in unserer eigenen Galaxie ist 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt.
Das neue Bild zeigt jedoch nicht das erste Licht, das Menschen von einem Schwarzen Loch entdeckt haben. (Und das Bild besteht nicht aus Licht, wie wir es uns normalerweise vorstellen. Die elektromagnetischen Wellen, die das Teleskop entdeckt, sind sehr lange Radiowellen. Wenn Sie näher am Schwarzen Loch wären, würden Sie jedoch auch einen Schatten mit sichtbarem Licht sehen.)
Bereits 1931 bemerkte der Physiker Karl Jansky laut Armagh Observatory und Planetarium, dass es im Herzen der Milchstraße einen hellen Punkt der Aktivität mit Radiowellenlänge gab. Die Physiker vermuten jetzt stark, dass dieser Punkt ein supermassereiches Schwarzes Loch ist. Seit dieser Entdeckung haben Physiker lange Zeit andere Schwarze Löcher anhand ihrer Funksignaturen entdeckt.
Neu ist, dass das Event Horizons Telescope den Schatten, den das Schwarze Loch erzeugt, gegen die umgebende, leuchtende Materie der Akkretionsscheibe des Objekts abbildet (die heiße Materie fällt schnell in Richtung des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs). Das ist für Physiker aufregend, weil es einige wichtige Ideen darüber bestätigt, wie dieser Schatten aussehen sollte, was wiederum bestätigt, was Wissenschaftler bereits über Schwarze Löcher geglaubt haben.
Um den Schatten abzubilden, mussten Astrophysiker diese Radiowellen in beispiellosen Details erfassen. Kein einziges Radioteleskop konnte das. Aber Physiker fanden heraus, wie sie alle auf der ganzen Erde miteinander vernetzen können, um als ein einziges Riesenteleskop zu fungieren, wie Sheperd Doeleman, Astrophysiker an der Harvard University und Direktor des Event Horizon Telescope, auf einer Pressekonferenz der National Science Foundation sagte.
Jedes Radioteleskop hat eine große Menge einfallender Radiophotonen eingefangen, aber bei weitem nicht genug Details, um den Schatten des Schwarzen Lochs zu erkennen, das von seiner Akkretionsscheibe umgeben ist. Aber die Perspektive jedes Teleskops auf das Bild war etwas anders. Daher kombinierten die Wissenschaftler die leicht unterschiedlichen Datensätze sorgfältig und verglichen sie mit Hilfe von Atomuhren, als die Radiophotonen an den verschiedenen Instrumenten ankamen. Auf diese Weise konnten die Physiker das Signal des Schwarzen Lochs aus viel Rauschen herausfiltern.
Die Teleskope sammelten die tatsächlichen Daten, die zur Erstellung des Bildes innerhalb von nur drei Tagen im April 2017 verwendet wurden. Dies waren insgesamt mehr als 5 Petabyte, ungefähr so viele Informationen wie die gesamte Kongressbibliothek. Es wurde auf einer riesigen Sammlung von Festplatten gespeichert, die zusammen in Tonnen gemessen wurden, sagte Dan Marrone, Astrophysiker und einer der Mitarbeiter des Projekts, in der Pressekonferenz.
Das sind so viele Daten, dass das Senden über das Internet so gut wie unmöglich war, sagte er. Stattdessen sammelten die Physiker die Informationen an einem Ort, indem sie die Festplatten physisch versendeten.
Die Forscher verbrachten das nächste Jahr damit, diese Daten mithilfe von Computern zu verfeinern und zu interpretieren, bis dieses Bild entstand, sagte Marrone. Sie verbrachten das Jahr danach damit, ihre Ergebnisse zu überprüfen und Papiere zu schreiben. Wasser in der Atmosphäre, streunende Radiophotonen aus anderen Quellen und sogar winzige Fehler in den Teleskopdaten haben die Daten durcheinander gebracht. Der größte Teil der Arbeit des Projekts bestand daher aus sorgfältiger Mathematik, um all diese Fehler und das Rauschen in den Daten zu berücksichtigen, wobei die Arbeit langsam das Bild aufdeckte, das sich hinter diesen Problemen versteckte.
In gewisser Hinsicht geschieht das Fotografieren eines Schwarzen Lochs ziemlich schnell. Die Entwicklung dauert sehr lange.
