Das erste Bild eines Schwarzen Lochs ist hier

Im Zentrum von Messier 87, einer massiven Galaxie im nahe gelegenen Virgo-Galaxienhaufen, befindet sich ein supermassereiches Schwarzes Loch. Diese alles verzehrende Region der Raumzeit, M87 genannt, befindet sich mehr als 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und hat schätzungsweise einen lichtansaugenden Kern, der 6, 5 Milliarden Mal so groß ist wie die Sonnenmasse.

Zum ersten Mal haben wir ein "Bild" dieses himmlischen Monsters und es hat sogar einen Namen: Powehi, was "geschmückte unergründliche dunkle Schöpfung" bedeutet. Der markante Name war eine Zusammenarbeit zwischen Astronomen und dem Sprachprofessor der Universität von Hawaii, Larry Kimura.

"Dies ist ein großer Tag in der Astrophysik", sagte NSF-Direktor France Córdova in einer Erklärung. "Wir sehen das Unsichtbare. Schwarze Löcher haben seit Jahrzehnten Phantasien ausgelöst. Sie haben exotische Eigenschaften und sind für uns mysteriös. Doch mit mehr Beobachtungen wie dieser geben sie ihre Geheimnisse preis. Deshalb gibt es NSF. Wir ermöglichen Wissenschaftlern und Ingenieuren das Unbekannte erleuchten, die subtile und komplexe Majestät unseres Universums offenbaren. "

Wie der Astronom der Universität Manchester, Tim Muxlow, 2017 gegenüber The Guardian sagte, ist das aufgenommene Bild nicht gerade ein direktes Foto eines Schwarzen Lochs, sondern vielmehr ein Bild seines Schattens.

"Es wird ein Bild seiner Silhouette sein, die vor dem Hintergrundlicht der Strahlung des Herzens der Milchstraße gleitet", sagte er. "Dieses Foto wird zum ersten Mal die Konturen eines Schwarzen Lochs zeigen."

Auf diesem sehr tiefen Bild erscheint die riesige elliptische Galaxie Messier 87. Ein Foto des supermassiven Schwarzen Lochs im Herzen dieser Galaxie wurde kürzlich von einem internationalen Forscherteam aufgenommen. (Foto: Chris Mihos, Case Western Reserve University / ESO / Wikimedia)

Trotz seiner supermassiven Größe ist M87 weit genug von uns entfernt, um eine massive Herausforderung für jedes einzelne Teleskop darzustellen. Laut Nature würde es etwas erfordern, dessen Auflösung mehr als 1000-mal besser ist als die des Hubble-Weltraumteleskops. Stattdessen beschlossen die Astronomen, etwas Größeres zu schaffen - viel Größeres.

Im April 2018 synchronisierten Astronomen ein globales Netzwerk von Radioteleskopen, um die unmittelbare Umgebung von M87 zu beobachten. Zusammen bildeten sie wie die fiktive Roboterfigur Voltron das Event Horizon Telescope (EHT), ein virtuelles Observatorium in Planetengröße, das beispiellose Details über große Entfernungen erfassen kann.

"Anstatt ein Teleskop zu bauen, das so groß ist, dass es wahrscheinlich unter seinem eigenen Gewicht zusammenbrechen würde, haben wir acht Observatorien wie die Teile eines riesigen Spiegels kombiniert", sagte Michael Bremer, Astronom am Internationalen Forschungsinstitut für Radioastronomie (IRAM), und ein Projekt Manager für das Event Horizon Telescope, wird zu der Zeit zitiert. "Dies gab uns ein virtuelles Teleskop, das so groß wie die Erde war - ungefähr 10.000 Kilometer (6.200 Meilen) im Durchmesser."

Es braucht ein Dorf (von Teleskopen)

Die teilnehmenden Standorte der Radioteleskope, die synchronisiert wurden, um das ereignisgroße Event Horizon Telescope zu bilden. (Foto: Europäische Südsternwarte)

Über mehrere Tage hinweg erfassten die Radioteleskope mit der außergewöhnlichen Präzision von Atomuhren eine enorme Datenmenge auf M87.

Laut dem European Southern Observatory hat das Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), ein am Event Horizon Telescope teilnehmender Partner, allein über ein Petabyte (1 Million Gigabyte) Informationen über das Schwarze Loch aufgezeichnet. Die physischen Festplatten waren zu groß, um über das Internet gesendet zu werden. Sie wurden per Flugzeug gesendet und in Computercluster (Korrelator genannt) eingegeben, die sich am MIT Haystack Observatory in Cambridge, Massachusetts, und am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn befinden.

Und dann warteten die Forscher. Das erste Hindernis auf dem Weg zur Bildverarbeitung war das achte teilnehmende Radioteleskop, das in der Antarktis stationiert war. Da von Februar bis Oktober keine Flüge möglich sind, wurde der vom Südpol-Teleskop erfasste endgültige Datensatz buchstäblich im Kühlhaus aufbewahrt. Am 13. Dezember 2017 erreichte es schließlich das Haystack Observatory.

"Nachdem sich die Festplatten erwärmt haben, werden sie in Wiedergabelaufwerke geladen und mit Daten von den anderen 7 EHT-Stationen verarbeitet, um das erdgroße virtuelle Teleskop zu vervollständigen, das Gerichte vom Südpol mit Hawaii, Mexiko, Chile, Arizona, USA, verbindet. und Spanien ", kündigte das Team im Dezember 2017 an." Es sollte ungefähr 3 Wochen dauern, bis der Vergleich der Aufzeichnungen abgeschlossen ist. Danach kann die endgültige Analyse der EHT-Daten 2017 beginnen! "

Diese endgültige Analyse erstreckte sich über das gesamte Jahr 2018, wobei das 200-köpfige Forschungsteam die gesammelten Daten sorgfältig untersuchte und alle Fehlerquellen (Turbulenzen in der Erdatmosphäre, zufälliges Rauschen, Störsignale usw.) berücksichtigte, die das Bild des Ereignishorizonts beeinträchtigen könnten . Sie mussten auch neue Algorithmen entwickeln und testen, um die Daten in "Karten der Funkemissionen am Himmel" umzuwandeln.

Wie Shep Doeleman, Direktor des EHT, in einem Update vom Mai 2018 sagte, war der Prozess so arbeitsintensiv, dass Astronomen ihn als "ultimative verzögerte Befriedigung" bezeichneten.

Laut NSF betrugen die gesammelten Daten mehr als 5 Petabyte und bestanden aus über einer halben Tonne Festplatten.

Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie besteht einen weiteren großen Test

Ein Nahaufnahmefoto des Schwarzen Lochs im Herzen von Messier 87. (Foto: National Science Foundation)

Laut den Forschern ist die Form des Schattens des Schwarzen Lochs ein weiterer Aspekt von Einsteins Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie.

"Wenn wir in eine helle Region wie eine Scheibe glühenden Gases eintauchen, erwarten wir, dass ein Schwarzes Loch eine dunkle Region erzeugt, die einem Schatten ähnelt - etwas, das durch Einsteins allgemeine Relativitätstheorie vorhergesagt wird, die wir noch nie zuvor gesehen haben", erklärte der Vorsitzende des EHT Wissenschaftsrat Heino Falcke von der Radboud University, Niederlande. "Dieser Schatten, der durch die Gravitationsbiegung und die Erfassung des Lichts durch den Ereignishorizont verursacht wird, enthüllt viel über die Natur dieser faszinierenden Objekte und ermöglichte es uns, die enorme Masse des Schwarzen Lochs von M87 zu messen."

Nachdem das Bild enthüllt wurde, wird seine Existenz wahrscheinlich nur die Fragen und die Ehrfurcht vor diesen mysteriösen astronomischen Phänomenen vertiefen. Allein die bloße Technik, die zu diesem historischen Moment geführt hat, ist Grund genug zu feiern.

"Wir haben vor einer Generation etwas erreicht, von dem angenommen wird, dass es unmöglich ist", sagte EHT-Projektleiter Sheperd S. Doeleman vom Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian sagte. "Durchbrüche in der Technologie, Verbindungen zwischen den besten Funkobservatorien der Welt und innovative Algorithmen haben zusammen ein völlig neues Fenster für Schwarze Löcher und den Ereignishorizont geöffnet."

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde seit seiner Erstveröffentlichung im Januar 2018 mit neuen Informationen aktualisiert.

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