WISSENSCHAFT: HERZ DER FINSTERNIS – Journal

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Dieses Bild wurde vom Event Horizon Telescope (EHT) aufgenommen und zeigt den Schatten des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milky Way-Event Horizon Telescope Collaboration

Unsere Galaxie ist riesig. Unsere Sonne ist nur einer von mehr als 200 Milliarden Sternen in der Milchstraße. Wir denken gerne, dass wir etwas Besonderes sind. Aber unsere Sonne befindet sich zusammen mit der Erde am Rande unserer Galaxie. Wir sind so weit vom Zentrum der Galaxie entfernt, dass es selbst mit Lichtgeschwindigkeit weitere 26.000 Jahre dauern würde, um dorthin zu gelangen.

Aber das Zentrum der Galaxie ist ein geschäftiger Ort. Es gibt viel mehr Sterne in dieser Region im Vergleich zu unserem Platz in der Galaxie. Aber dort, genau in der Mitte, befindet sich auch ein riesiges Schwarzes Loch.

Die Existenz von Schwarzen Löchern wurde jedoch zum ersten Mal nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt. Es wird angenommen, dass die Schwerkraft solcher Objekte so stark ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann – daher der Name „Schwarzes Loch“. Diese Schlussfolgerung war so seltsam, dass Einstein selbst an ihrer wirklichen Existenz zweifelte.

Aber die Natur verlässt sich nicht auf wissenschaftliche Reputationen. Spätere Arbeiten zeigten, dass Sterne, die viel größer als unsere Sonne sind, tatsächlich in den seltsamen Zustand schwarzer Löcher geraten würden. Unsere Sonne wird es nie geben. Stattdessen wird es sein Leben als Weißer Zwerg beenden, ein seltsames Objekt, aber wesentlich weniger seltsam als ein Schwarzes Loch. Ich weiß nicht, ob wir wegen unserer Sonne glücklich oder traurig sein sollten.

Astronomen haben das erste Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs enthüllt, das sich im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, befindet. Dieses Ergebnis bietet neue Erkenntnisse darüber, wie riesige Schwarze Löcher mit ihrer Umgebung interagieren

Wie Sie sich vorstellen können, ist es schwierig, schwarze Löcher zu finden. Aber ganz verstecken können sie sich nicht. Wenn Materie auf ein Schwarzes Loch fällt, bildet sie normalerweise eine Scheibe. Der Inhalt der Disc wird auf unglaublich hohe Geschwindigkeiten beschleunigt, bevor er in den „Ereignishorizont“ fällt – den Ort ohne Wiederkehr. Nichts kann dem Ereignishorizont entkommen, aber die Scheibe um sie herum kann durch Reibung sehr heiß werden und ihre Anwesenheit verraten, indem sie Röntgenstrahlen oder andere Formen von Licht aussendet.

In unserer eigenen Galaxie haben Astronomen gelegentlich Sterne entdeckt, die unsichtbare Partner umkreisen. Cygnus X-1 zum Beispiel ist ein solches System, bei dem die Scheibe so heiß ist, dass sie Licht in Form von hochenergetischen Röntgenstrahlen aussendet. Wir sehen das Schwarze Loch nicht direkt, aber alle Anzeichen deuten darauf hin, dass es so ist.

Diese Schwarzen Löcher sind der Endzustand von Sternen, die 20- bis 50-mal massereicher sind als unsere Sonne. Allerdings haben Astronomen auch Schwarze Löcher entdeckt, die millionen- oder sogar milliardenfach massereicher sind als unsere Sonne. Diese werden als supermassereiche Schwarze Löcher bezeichnet und befinden sich fast ausschließlich im Zentrum aller großen Galaxien. Ihre Entstehung bleibt ein Rätsel. Ein solches supermassereiches Schwarzes Loch wurde 2014 im Science-Fiction-Film Interstellar dargestellt.

Im Jahr 2019 nahmen Astronomen jedoch das Schattenbild des Ereignishorizonts eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum von M87 auf, einer 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Dies war das erste Mal, dass Menschen das Gebiet direkt um den Ereignishorizont herum gesehen hatten.

Die Existenz von Schwarzen Löchern wurde jedoch zum ersten Mal nach Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt. Es wird angenommen, dass die Schwerkraft solcher Objekte so stark ist, dass nicht einmal Licht entweichen kann – daher der Name „Schwarzes Loch“. Diese Schlussfolgerung war so seltsam, dass Einstein selbst an ihrer wirklichen Existenz zweifelte.

Es hat eine unglaubliche Anstrengung gekostet. Astronomen kombinierten acht Teleskope auf vier Kontinenten, um dieses Bild zu erstellen. Tatsächlich haben sie die gesamte Erde in ein Teleskop verwandelt. Diese Kombination von Teleskopen wird als Event Horizon Telescope (EHT) bezeichnet.

Die Milchstraße hat auch ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum. Wir wissen von seiner Existenz, weil wir gesehen haben, wie seine Schwerkraft die Sterne und Gaswolken um ihn herum beschleunigt. Tatsächlich wurde der Nobelpreis 2020 von Andrea Ghez und Reinhard Genzel für Beobachtungen geteilt, die die Existenz dieses supermassiven Backholes zeigten. Wir nennen dieses Schwarze Loch Sagittarius A*, abgekürzt als Sgr A*, aber ausgesprochen Sagittarius A Star.

Aber wie sieht es aus? Können wir das Licht direkt hinter seinem Ereignishorizont sehen?

Man sollte meinen, unser eigenes supermassereiches Schwarzes Loch abzubilden wäre einfacher als dasjenige im Kern von M87, 55 Millionen Lichtjahre entfernt. Das ist nicht der Fall. Erstens ist unser eigenes Sgr A* viel kleiner in der Masse. Das ist nur die viermillionenfache Masse unserer Sonne. Im Vergleich dazu ist die von M87 1.500 Mal größer, mehr als sechs Milliarden Mal die Masse unserer Sonne.

Im Jahr 2019 fotografierten Astronomen den Schatten des Ereignishorizonts eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum von M87, einer 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Dies war das erste Mal, dass Menschen das Gebiet direkt um den Ereignishorizont herum gesehen hatten. Es hat eine unglaubliche Anstrengung gekostet.

Dies ist wichtig, da es dazu führt, dass sich Material schneller in Richtung des Ereignishorizonts bewegt, was es schwierig macht, Bilder von den Teleskopen zu kombinieren, aus denen das EHT besteht. Zweitens müssen wir, da wir uns in der Scheibe der Galaxie befinden, viel Material zwischen uns und Sgr A* durchschauen.

Letzte Woche veröffentlichte das EHT-Team endlich das allererste Bild des Schattens des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße. Es sieht aus wie ein Donut. Ich muss präzisieren, dass es nicht um sichtbares Licht geht. Stattdessen sehen Astronomen es in Radiowellen.

Der zentrale Teil ist dunkel, weil jedes Licht, das durch diese Region fällt, in das Schwarze Loch fällt und einen Schatten oder eine Silhouette des Ereignishorizonts erzeugt. Die Größe dieser dunklen Region beträgt etwa 65 Millionen km im Durchmesser, vergleichbar mit der Umlaufbahn des Planeten Merkur in unserem Sonnensystem. Überraschenderweise passt die Größe des Donuts perfekt zu den Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie.

Dies ist eine erstaunliche Bestätigung unserer Physik und unserer früheren Beobachtungen. Die Natur ist nicht verpflichtet, unseren Gedanken zu folgen. Und doch sind wir hier.

Wenn Sie sich das nächste Mal ein wenig niedergeschlagen fühlen, vielleicht nachdem Sie die Weltnachrichten gelesen haben, denken Sie darüber nach: Winzige Wesen auf einem kleinen Planeten, die einen gewöhnlichen Stern am äußersten Rand der Milchstraße umkreisen, haben die Existenz eines mysteriösen supermassereichen Schwarzen bestätigt Loch im Zentrum unserer Galaxie.

Das Team der Erdlinge hinter dem EHT sollte Schlagzeilen in der ganzen Galaxis machen.

Der Autor ist Professor für integrierte Natur- und Geisteswissenschaften am Hampshire College in den Vereinigten Staaten. Er ist außerdem Affiliate-Astronom am Five College Astronomy Department (FCAD) in Massachusetts und moderiert Shows auf dem YouTube-Kanal Kainaat Astronomy in Urdu.

Gepostet in Dawn, EOS, 22. Mai 2022