Astronomen erfassen erstes Bild eines schwarzen Lochs

Das Event Horizon Telescope (EHT) – eine Anordnung von acht bodengestützten Radioteleskopen, die durch internationale Zusammenarbeit geschmiedet wurden – wurde so konzipiert, dass Bilder eines Schwarzen Lochs aufgenommen werden. Heute zeigen EHT-Forscher auf koordinierten Pressekonferenzen auf der ganzen Welt, dass es ihnen gelungen ist, den ersten direkten visuellen Beweis eines supermassiven Schwarzen Lochs und seines Schattens zu enthüllen. Dieser Durchbruch wurde heute in einer Reihe von sechs Artikeln in einer Sonderausgabe von The Astrophysical Journal Letters veröffentlicht . Das Bild zeigt das Schwarze Loch im Zentrum von Messier 87, einer massiven Galaxie im nahe gelegenen Virgo-Galaxienhaufen. Dieses Schwarze Loch befindet sich 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und hat eine Masse, die 6,5 Milliarden Mal so groß ist wie die der Sonne.

Das EHT verbindet Teleskope auf der ganzen Welt, um ein beispielloses virtuelles Teleskop in Erdgröße zu bilden. Das EHT bietet Wissenschaftlern einen neuen Weg, um die extremsten Objekte im Universum zu studieren, die von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie während des Hundertjahresjahres des historischen Experiments vorhergesagt wurden, das die Theorie erstmals bestätigte. „Wir haben das erste Bild eines schwarzen Lochs gemacht „, sagte Sheperd S. Doeleman, Direktor des EHT-Projekts des Center for Astrophysics Harvard & Smithsonian. “ Dies ist eine außergewöhnliche wissenschaftliche Leistung, die von einem Team von mehr als 200 Forschern geleistet wurde. “ Schwarze Löcher sind außergewöhnliche kosmische Objekte mit enormen Massen, aber äußerst kompakten Größen. Das Vorhandensein dieser Objekte wirkt sich extrem auf ihre Umgebung aus, beeinflusst die Raumzeit und überhitzt jedes umgebende Material.

„Wenn wir in eine helle Region wie eine Scheibe aus glühendem Gas eintauchen, erwarten wir, dass ein schwarzes Loch eine dunkle Region erzeugt, die einem Schatten ähnelt – etwas, das von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde, wie wir es noch nie zuvor gesehen haben „, erklärte der Vorsitzende des EHT Wissenschaftsrat Heino Falcke von der Radboud University, Niederlande. “ Dieser Schatten, der durch die Biegung der Schwerkraft und das Einfangen von Licht durch den Ereignishorizont verursacht wird, zeigt viel über die Natur dieser faszinierenden Objekte und hat es uns ermöglicht, die enorme Masse des Schwarzen Lochs von M87 zu messen. “

Mehrere Kalibrierungs- und Bildgebungsmethoden haben eine ringförmige Struktur mit einem dunklen zentralen Bereich – dem Schatten des Schwarzen Lochs – gezeigt, der über mehrere unabhängige EHT-Beobachtungen hinaus bestand. „Sobald wir uns sicher waren, dass wir den Schatten abgebildet hatten, konnten wir unsere Beobachtungen mit umfangreichen Computermodellen vergleichen, die die Physik des verzerrten Raums, überhitzte Materie und starke Magnetfelder umfassen. „Anmerkungen Paul TP Ho, EHT-Vorstandsmitglied und Direktor der Ostasiatischen Sternwarte. „Dies macht uns zuversichtlich hinsichtlich der Interpretation unserer Beobachtungen, einschließlich unserer Einschätzung der Masse des Schwarzen Lochs.“

Die Erstellung des EHT war eine enorme Herausforderung, für die ein weltumspannendes Netzwerk von acht bereits vorhandenen Teleskopen, die an verschiedenen anspruchsvollen Standorten in großer Höhe eingesetzt wurden, modernisiert und angeschlossen werden musste. Zu diesen Orten zählten Vulkane in Hawaii und Mexiko, Berge in Arizona und die spanische Sierra Nevada, die chilenische Atacama-Wüste und die Antarktis.

Die EHT-Beobachtungen verwenden eine Technik, die als Very-Long-Baseline-Interferometrie (VLBI) bezeichnet wird. Sie synchronisiert die Teleskopeinrichtungen auf der ganzen Welt und nutzt die Rotation unseres Planeten, um ein riesiges Teleskop von Erdgröße zu bilden, das bei einer Wellenlänge von 1,3 mm beobachtet. Mit VLBI kann der EHT eine Winkelauflösung von 20 Mikrosekundensekunden erreichen – genug, um in New York in einem Pariser Café eine Zeitung zu lesen.

Die Teleskope, die zu diesem Ergebnis beigetragen haben, waren ALMA , APEX , das 30 Meter lange IRAM-Teleskop , das Maxwell-Teleskop von James Clerk, das Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano , das Submillimeter-Array , das Submillimeter-Teleskop und das Südpol-Teleskop. Petabytes an Rohdaten aus den Teleskopen wurden von hochspezialisierten Supercomputern kombiniert, die vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und vom MIT Haystack Observatory gehostet wurden .

Europäische Einrichtungen und Finanzmittel spielten bei dieser weltweiten Anstrengung eine entscheidende Rolle. Die Beteiligung fortgeschrittener europäischer Teleskope und die Unterstützung des Europäischen Forschungsrates – insbesondere ein Zuschuss von 14 Mio. EUR für das Projekt BlackHoleCam. Die Unterstützung von ESO, IRAM und der Max-Planck-Gesellschaft war ebenfalls von zentraler Bedeutung. “ Dieses Ergebnis baut auf jahrzehntelanger europäischer Expertise in der Millimeter-Astronomie auf „, kommentierte Karl Schuster, Direktor des IRAM und Mitglied des EHT-Vorstands.

Die Konstruktion des EHT und die heute angekündigten Beobachtungen bilden den Höhepunkt jahrzehntelanger beobachtender, technischer und theoretischer Arbeit. Dieses Beispiel globaler Teamarbeit erforderte eine enge Zusammenarbeit von Forschern aus aller Welt. Dreizehn Partnerinstitutionen arbeiteten gemeinsam an der Erstellung des EHT, wobei sowohl die bereits vorhandene Infrastruktur als auch die Unterstützung einer Vielzahl von Agenturen genutzt wurden. Die wichtigsten Finanzmittel wurden von der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF), dem Europäischen Forschungsrat der Europäischen Union (ERC) und von Finanzierungsstellen in Ostasien bereitgestellt.

„ESO ist erfreut, durch seine europäische Führungsrolle und ihre Schlüsselrolle in zwei der in Chile ansässigen Komponententeleskope des EHT – ALMA und APEX – maßgeblich zu diesem Ergebnis beigetragen zu haben „, kommentierte Xavier Barcons, Generaldirektor der ESO. „ ALMA ist die empfindlichste Einrichtung im EHT. Die 66 hochpräzisen Antennen waren ausschlaggebend für den Erfolg des EHT. ”

„Wir haben etwas erreicht, das vor einer Generation als unmöglich angesehen wurde „, schloss Doeleman. “ Durchbrüche in der Technologie, Verbindungen zwischen den besten Funkobservatorien der Welt und innovative Algorithmen führten zu einem völlig neuen Fenster in Bezug auf Schwarze Löcher und den Ereignishorizont. “