Erstes Bild eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße

Drei Jahre nach der Aufnahme des ersten Bildes von a supermassives Schwarzes Loch In einer 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie ist es Astronomen gelungen, den klaffenden Schlund des kleineren, aber viel näheren Schwarzen Lochs zu „fotografieren“, das im Kern der Milchstraße der Erde lauert, gaben Forscher am Donnerstag bekannt.

Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, bekannt als Sagittarius A* oder Sgr A. / Credit: EHT Collaboration

Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, bekannt als Sagittarius A* oder Sgr A. / Credit: EHT Collaboration

Das Ziel von 2019 war ein verblüffendes Schwarzes Loch im Kern von M-87, einer riesigen elliptischen Galaxie im Sternbild Jungfrau, einem Loch mit der Masse von 6,5 Milliarden Sonnen. Seine enorme Schwerkraft zieht umgebendes Material in eine Scheibe, beschleunigt es auf nahezu Lichtgeschwindigkeit und heizt es auf extreme Temperaturen auf, was zu Strahlungsströmen führt, die von der Erde aus sichtbar sind.

Das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, bekannt als Sagittarius A* oder kurz Sgr A*, ist viel näher, etwa 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, aber es ist viel kleiner und packt die Masse von 4 Millionen Sonnen in eine Bereich viel kleiner als das Sonnensystem der Erde.

Tee Schwarzes Loch M-876,5 Milliarden Sonnenmassen würden das gesamte Sonnensystem ausfüllen. Das Schwarze Loch mit 4 Millionen Sonnenmassen im Herzen der Milchstraße würde in die Umlaufbahn von Merkur passen.

Eine Kombination von Fotos, die das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, bekannt als Sagittarius A* oder Sgr A (links), mit dem im Kern von M-87 (rechts) vergleichen.  / Credit: EHT-Zusammenarbeit

Eine Kombination von Fotos, die das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße, bekannt als Sagittarius A* oder Sgr A (links), mit dem im Kern von M-87 (rechts) vergleichen. / Credit: EHT-Zusammenarbeit

Jetzt, nach Jahren sorgfältiger Datenerfassung mit acht Radioteleskopen, die elektronisch zu einer virtuellen Schüssel von der Größe des Planeten Erde kombiniert wurden, enthüllten Mitarbeiter des Event Horizon Telescope-Projekts am Donnerstag das lang gesuchte Bild von Sgr A* während mehrerer gleichzeitiger Pressekonferenzen .

Per Definition können Schwarze Löcher nicht direkt beobachtet werden, weil nichts, nicht einmal Licht, der zermalmenden inneren Kraft ihrer titanischen Gravitation entkommen kann.

Ihre Anwesenheit kann jedoch indirekt nachgewiesen werden, indem die Auswirkungen dieser Schwerkraft auf die Flugbahnen naher Sterne und durch die Strahlung beobachtet werden, die über das elektromagnetische Spektrum von Material emittiert wird, das auf extreme Temperaturen erhitzt wird, wenn es in eine schnell rotierende „Akkretionsscheibe“ und dann in die gesaugt wird Loch selbst.

Die Bewegungen von Sternen im staubumhüllten Kern der Milchstraße in der Nähe von Sgr A* wurden in den letzten zwei Jahrzehnten genau überwacht, was es Astronomen ermöglichte, die Masse des unsichtbaren Körpers zu berechnen, der ihre Bahnen verzerrt.

Andrea Ghez, Professorin an der UCLA, gewann den Nobelpreis 2020 für Physik für ihre bahnbrechenden Studien zu Sgr A* und den Sternen um sie herum. Die folgende Animation zeigt die Bewegungen dieser Sterne über mehr als ein Jahrzehnt, Bewegungen, die nur durch ein Schwarzes Loch mit 4 Millionen Sonnenmassen erklärt werden können:

Astronomen ist es nun gelungen, das Schwarze Loch und seine unmittelbare Umgebung direkt zu beobachten.

Das vom Event Horizon Telescope aufgenommene Bild, das Daten von mehreren Observatorien auf der ganzen Welt kombiniert, zeigt den dunklen zentralen Kern von Sgr A* – den Schatten seines „Ereignishorizonts“ – umgeben von einem schiefen Lichtring, der von herumrasenden Partikeln emittiert wird Loch mit nahezu Lichtgeschwindigkeit.

Der Ereignishorizont ist die unsichtbare Grenze zwischen a schwarzes Loch und der Rest des Universums, eine Zone, in der nichts, nicht einmal Licht, den Gravitationsfängen des Lochs entkommen kann. Gas, Staub, eigensinnige Sterne und das Licht, das sie aussenden, alles, was diese unsichtbare Linie überschreitet, verschwindet aus dem bekannten Universum.

Das EHT-Bild von Sgr A* sieht ähnlich aus wie das historische Bild des riesigen Schwarzen Lochs M-87 und ähnelt stark dem, was Astronomen auf der Grundlage von Computersimulationen erwartet hatten, die die Gleichungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie ausführten.

Um Sgr A* zu „sehen“, nutzte das Team des Event Horizon Telescope eine Reihe von Radioteleskopen in Hawaii, Nord-, Mittel- und Südamerika, Europa und der Antarktis.

Unter Verwendung einer Technik, die als Interferometrie mit sehr langer Basislinie bekannt ist, können präzise zeitlich festgelegte Daten von jedem Radioteleskop kombiniert werden, um Bilder zu erzeugen, die mit denen einer erdgroßen Schüssel vergleichbar sind. Das resultierende virtuelle Teleskop hat die höchste Auflösung aller jemals gebauten Instrumente und ist in der Lage, einen Donut auf dem Mond zu erkennen.

Die EHT-Gerichte sammelten Daten, die Dutzende von Festplatten füllten, die physisch zur Verarbeitung und Analyse an Forscher in Europa und den Vereinigten Staaten verschickt wurden.

Stabile Sterne leben in einem Zustand des “hydrostatischen Gleichgewichts”, das die nach innen gerichtete Schwerkraft mit dem nach außen gerichteten Schub der Strahlungserzeugung durch Fusionsreaktionen im Kern ausgleicht. In der Sonne werden jede Sekunde 600 Millionen Tonnen Wasserstoff zu Helium verschmolzen, um den nach außen gerichteten Strahlungsdruck zu erzeugen, der erforderlich ist, um die Schwerkraft auszugleichen und die Stabilität aufrechtzuerhalten.

Wenn kleineren Sternen wie der Sonne schließlich über Milliarden von Jahren der Kernbrennstoff ausgeht, kollabieren ihre Kerne bis zu einem Punkt, an dem Quantenkräfte, nicht Fusion, die Stabilität aufrechterhalten. Solche toten, langsam abkühlenden Sterne werden als Weiße Zwerge bezeichnet.

Wenn massereicheren Sternen der Treibstoff ausgeht, setzt sich der Kernkollaps über das Stadium des Weißen Zwergs hinaus fort.

Für kollabierende Kerne mit bis zu dreifacher Sonnenmasse ist das Ergebnis ein Neutronenstern, der mehr als die doppelte Masse der Erdsonne in einen Körper von weniger als 10 Meilen Durchmesser packt. Neutronensterne, die von einer anderen Art von Quantenkraft gestützt werden, sind die dichtesten Objekte im sichtbaren Universum.

Auf noch massereichere Sterne wartet ein anderes Schicksal. Die Gravitation überwindet alle bekannten nuklearen Kräfte und der Kollaps des Kerns geht über den Punkt hinaus, an dem er aus dem sichtbaren Universum verschwindet, und hinterlässt nichts als einen enorm konzentrierten „Schwerkraftschacht“ aus tief verzerrtem Raum.

Solche Überreste sind als Schwarze Löcher mit stellarer Masse bekannt, da sie durch den Tod eines einzelnen Sterns entstehen.

Es wurde eine Handvoll größerer Schwarzer Löcher mittlerer Masse gefunden, mögliche Sprungbretter für die Entstehung der supermassereichen Schwarzen Löcher, von denen angenommen wird, dass sie in den Kernen aller großen Galaxien existieren. Aber die Details, wie sich solche größeren Löcher bilden, sind noch nicht klar.

Ein wichtiges Ziel der neu gestarteten James-Webb-Weltraumteleskop soll Astronomen dabei helfen, die Entstehung und das Wachstum solcher Schwarzer Löcher nach dem Urknall aufzuzeichnen.

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