Warum es so eine große Sache ist, das supermassereiche Schwarze Loch der Milchstraße zu sehen

Die Astrophysik-Community ist in Aufruhr. Am 12. Mai um 12 Uhr wird die Event-Horizon-Teleskop Collaboration wird eine Pressekonferenz abhalten, auf der eine wichtige Ankündigung gemacht wird. Ich schreibe dies am 9. Mai, und ich weiß nicht, welche Informationen weitergegeben werden, aber das Geschwätz unter Astronomen besagt, dass wir dabei sind, ein direktes Bild des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie zu bekommen.

Angenommen, dies ist der Fall, lassen Sie mich diese Gelegenheit nutzen, um Ihnen ein wenig über die Grundlagen von Schwarzen Löchern zu erzählen und warum diese Errungenschaft so eine große Sache wäre – und so sehr, sehr cool.

Was schwarze Löcher seltsam macht

Schwarze Löcher sind eines der seltsamsten Geschöpfe der Natur. Sie bringen die Gesetze der Physik an ihre Grenzen, und in ihrem Zentrum gehen diese Gesetze auf den Kopf wie ein mit Raid dosierter Käfer. Ein Schwarzes Loch entsteht immer dann, wenn viel Materie auf engem Raum eingeklemmt wird. Dies kann passieren, wenn massereiche Sterne das Ende ihres Lebens erreichen. Sterne enthalten viel Masse, was bedeutet, dass sie viel Anziehungskraft nach innen erzeugen. Sterne stützen sich normalerweise gegen ihr eigenes Gewicht ab, indem sie in ihren Zentren durch Kernfusion Energie erzeugen. Die Energie drückt nach außen und gleicht ihre Schwerkraft aus. Aber wenn der Fusionsbrennstoff eines Sterns zur Neige geht, gewinnt die Schwerkraft.

Bei massereichen Sternen mit vielen Zehnfachen der Sonnenmasse kann keine Kraft den Gravitationsdruck aufhalten. Die gesamte Materie im Stern fällt nach innen und wird zu einem einzigen geometrischen Punkt zusammengedrückt.

Dann wird ein Schwarzes Loch geboren.

Was Schwarze Löcher seltsam macht und sie dazu bringt, die Physik an den Rand zu bringen, ist das, was sie mit Raum und Zeit anstellen. Einstein hat mit seiner allgemeinen Relativitätstheorie als erster erkannt, dass die Schwerkraft keine Kraft ist, sondern tatsächlich eine Dehnung des Gewebes der Raumzeit.

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Nach Einstein konnten wir uns den Weltraum nicht mehr als eine leere Bühne vorstellen, auf der sich das Drama der Physik abspielt. Stattdessen sind Raum und Zeit die Komponenten einer einzigen Einheit namens Raumzeit. Diese Entität ist eine Art „Ding“, das sich dehnt und biegt, je nachdem, wie viel Masse-Energie in der Nähe ist. (Ja, Masse und Energie sind auch nicht mehr getrennt.)

Alle Materie verzerrt die Raumzeit um sie herum und erzeugt eine Art Brunnen. Andere Masse, die die gestreckte Raumzeit spürt, wird in den Brunnen fallen. Schwarze Löcher treiben dieses Phänomen auf die Spitze.

Wenn die Materie im Zentrum eines Schwarzen Lochs in diesen einzelnen Punkt gequetscht wird, bildet sie das, was die Physiker a nennen Singularität — Im Grunde wird die Dichte unendlich, und auch die Ausdehnung der Raumzeit wird unendlich. Die Allgemeine Relativitätstheorie bricht an der Singularität zusammen, und niemand weiß, was dort passiert. Aber die allgemeine Relativitätstheorie sagt uns auch, dass sich um die Singularität herum ein Ereignishorizont bildet. Dies ist eine Oberfläche ohne Wiederkehr. Alles, was den Ereignishorizont überquert, sogar Licht, wird für immer vom Rest des Universums abgeschnitten, während es auf die Singularität zusteuert.

Revolutionäre Bildgebung

Wissenschaftler haben fast ein Jahrhundert lang über Schwarze Löcher gesprochen, aber wir konnten sie erst vor kurzem beobachten, und selbst dann indirekt – indem wir Licht betrachteten, das von der Materie stammt, die um den Ereignishorizont des Schwarzen Lochs wirbelt. Wir hatten einfach nicht die technischen Möglichkeiten, ein direktes Bild eines Ereignishorizonts zu erfassen und genau zu sehen, was am Punkt ohne Wiederkehr passiert. Das liegt daran, dass Schwarze Löcher wirklich klein sind. Die Sonne hat zu wenig Masse, um jemals ein Schwarzes Loch zu werden. Aber wenn es das täte, wäre sein Ereignishorizont nur etwa eine Meile breit. Das bedeutet, dass Schwarze Löcher mit stellarer Masse in typischen stellaren Entfernungen selbst mit den besten Teleskopen zu klein sind, um sie zu sehen. Glücklicherweise gibt es Schwarze Löcher in einer anderen Geschmacksrichtung.

Im Zentrum der meisten Galaxien wird Materie nach innen geschleudert, wodurch sogenannte supermassive Schwarze Löcher entstehen. Diese Dinger sind Monster. Sie können Milliarden Mal massiver sein als die Sonne. Damit sind auch ihre Ereignishorizonte milliardenfach größer. Im Jahr 2017 verbanden Astronomen eine Reihe von Radioschüsseln auf dem ganzen Planeten, um ein erdgroßes Teleskop zu schaffen. Mit diesem Tool nahmen sie ein Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs in der Galaxie M87 auf. Es war eine technologische Tour de Force. Es zeigte uns einen Ereignishorizont, der sich gegen das von umgebendem Material emittierte Licht abhebt und sich zu einem ringförmigen Bogen krümmt. Die Details dieses Bogens enthielten alle Arten von Informationen über das Schwarze Loch, was es Astronomen ermöglichte, die allgemeine Relativitätstheorie auf neue und aufregende Weise zu testen.

Nun scheint es, dass dasselbe Team das supermassereiche Schwarze Loch im Herzen unserer eigenen Galaxie abgebildet hat. Warum haben sie sich nicht einfach auf das Schwarze Loch der Milchstraße konzentriert? Denn aus unklaren Gründen ist es ziemlich schwach, da es nur ein paar Millionen Mal die Masse der Sonne erreicht. Das macht es viel kleiner und schwerer zu sehen. Aber weil es so viel näher ist, könnten wir, wenn Astronomen es wirklich fotografiert haben, das nächste große Fenster zur Physik des Schwarzen Lochs öffnen.

Ich hoffe, dass wir das am Freitag sehen werden. (Anmerkung der Redaktion: Es war!)

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