Auf 10. April 2019 , wurde der Welt das erste Bild eines Schwarzen Lochs mit freundlicher Genehmigung der Event Horizon Teleskop (EHT). Insbesondere war das Bild von der Supermassives Schwarzes Loch (SMBH) im Zentrum der überriesen elliptischen Galaxie bekannt als M87 (auch bekannt als Jungfrau A). Diese mächtigen Naturkräfte befinden sich in den Zentren der meisten massereichen Galaxien, zu denen die Milchstraße gehört (wo die SMBH bekannt als Schütze A* befindet sich).
Mit einer Technik bekannt als Interferometrie mit sehr langer Basislinie (VLBI) markierte dieses Bild die Geburt einer neuen Ära für Astronomen, in der sie endlich detaillierte Studien dieser mächtigen Naturgewalten durchführen können. Dank der Forschung des EHT Collaboration-Teams während einer sechsstündigen Beobachtungszeit im Jahr 2017 werden Astronomen nun mit Bildern von die Kernregion von Centaurus A und der davon ausgehende Funkstrahl.
Die Studie, die ihre Ergebnisse beschreibt,die kürzlich erschienen in Naturastronomie , wurde von der EHT Collaboration durchgeführt, an der mehr als 300 Forscher aus Afrika, Asien, Europa, Nord- und Südamerika beteiligt sind. Zu ihnen gesellten sich Forscher der Max-Planck-Institut für Radioastronomie , das Schwarzes Loch-Initiative (BHI), die Yale Center for Astronomy and Astrophysics , das Princeton Center for Theoretical Science , das Flatiron Institut , sowie mehrere Universitäten und Forschungsinstitute.
Bild der Centaurus A-Galaxie, die optische, Röntgen- und Infrarotdaten kombiniert. Bildnachweis: Röntgen: NASA/CXC/SAO; Optisch: Rolf Olsen; Infrarot: NASA/JPL-Caltech
Seit Jahrzehnten wissen Astronomen, dass sich SMBHs im Herzen der meisten massereichen Galaxien befinden, umgeben von massiven Staub- und Gasringen. Diese Ringe werden durch die enorme Anziehungskraft der SMBHs verursacht, die den Staub und das Gas auf relativistische Geschwindigkeiten (einen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit) beschleunigt und die Freisetzung großer Mengen elektromagnetischer Energie (einschließlich Radiowellen) auslöst.
Dieser Prozess führt dazu, dass galaktische Kerne „aktiv“ werden – auch bekannt als. ein Aktiver Galaktischer Kern (AGN) oder Quasar – wo die Kernregion die galaktische Scheibe um ein Vielfaches überstrahlt. Während Materie am Rand des Schwarzen Lochs auf seiner Oberfläche akkretiert wird, entweicht ein Teil der umgebenden Materie kurz bevor sie in Form relativistischer Jets eingefangen wird – eine der energiereichsten Eigenschaften im bekannten Universum.
Wie sie in ihrer Studie angeben, ermöglichten die Daten der EHT-Beobachtungskampagne 2017 dem Team, Bilder aufzunehmen, die in Bezug auf die Häufigkeit zehnmal höher und in der Auflösung sechzehnmal schärfer waren. Möglich wurde dies durch das Auflösungsvermögen der EHTs, welches das Ergebnis von acht Radioobservatorien die – kombiniert – ein virtuelles Teleskop mit einer Öffnung von der Größe der Erde ergeben.
Centaurus A liegt über 13 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernt und ist die uns am nächsten liegende Radiogalaxie und (bei Aufnahme in Radiowellenlängen) eines der größten und hellsten Objekte am Nachthimmel. Mit der gleichen Interferometrie-Technik, mit der Bilder von M87 aufgenommen werden konnten, konnte das Team Centaurus A mit unglaublich scharfer Auflösung bei einer Wellenlänge von 1,3 mm beobachten.
Nahaufnahmen des relativistischen Jets, der von Centaurus A ausgeht. Credit: M. Janssen, H. Falcke, M. Kadler, E. Ros, M. Wielgus et al.
Wie der Co-Autor der Studie, Heino Falcke, ein EHT-Vorstandsmitglied und Professor für Astrophysik an der Radboud University, in einem NOVA Pressemitteilung :
„Dies ermöglicht uns zum ersten Mal, einen extragalaktischen Radiojet auf kleineren Skalen zu sehen und zu studieren, als das Licht an einem Tag zurücklegt. Wir sehen hautnah und persönlich, wie ein monströser gigantischer Jet entsteht, der von einem supermassiven Schwarzen Loch abgefeuert wird…
„Diese Daten stammen aus derselben Beobachtungskampagne, die das berühmte Bild des Schwarzen Lochs in M87 lieferte. Die neuen Ergebnisse zeigen, dass das EHT eine Fundgrube an Daten über die reiche Vielfalt von Schwarzen Löchern bietet und noch mehr hinzukommen.“
Zuvor wurde die Aufgabe der Überwachung von Centaurus A bei Radiowellenlängen von Verfolgung aktiver galaktischer Kerne mit Austral-Milliarcsekunden-Interferometrie (TANAMI), ein Multiwellenlängenprogramm, das aus neun Radioteleskopen auf vier Kontinenten besteht. Seit Mitte der 2000er Jahre untersucht TANAMI die Kernregion von Centaurus A mit VLBI bei Zentimeterwellenlängen sowie anderen relativistischen Jets und Aktiven Galaktischen Kernen (AGN) am Südhimmel.
Das neue Bild war jedoch nicht nur in Bezug auf die Auflösung viel höher, sondern zeigte auch Eigenschaften von Centaurus A, die noch nie zuvor gesehen wurden. Das EHT-Team stellte beispielsweise fest, dass Centaurus A an den Rändern heller ist als in der Mitte, ein Phänomen, das bei anderen Jets beobachtet wurde, aber nie so stark ausgeprägt war. Diese Beobachtungen werden die Versuche der Astrophysiker unterstützen, das Verhalten von Materie in Gegenwart von SMBHs zu modellieren, was noch unklar ist.
Insbesondere Astrophysiker versuchen immer noch herauszufinden, wie relativistische Jets gestartet werden oder wie sie sich ohne Ausbreitung über Lichtjahre erstrecken können. „Wir fanden es schwierig, dies mit den gleichen Modellen zu erklären, die wir für M87 verwendet haben.“ Genannt Sera Markoff, stellvertretende Vorsitzende des EHT-Wissenschaftsrats und Mitautorin der Studie. „Es muss etwas anderes passieren, wie zum Beispiel spiralförmige Magnetfelder, die uns neue Hinweise darauf geben, wie sie die Jets ‚quetschen‘ können.“
Dank der neuen EHT-Beobachtungen des Centaurus A-Jets wird angenommen, dass der Startpunkt der Jets mit dem wahrscheinlichen Standort des SMBH übereinstimmt. Auf dieser Grundlage prognostiziert das Forschungsteam, dass zukünftige Beobachtungen bei noch kürzeren Wellenlängen und Auflösungen den SMBH im Zentrum von Centaurus A fotografieren könnten – ähnlich wie 2019 mit M87.
Dies erfordert wahrscheinlich weltraumgestützte Beobachtungen, die eine genauere Basislinien-Interferometrie (die frei von atmosphärischen Verzerrungen ist) ermöglichen. Die fortlaufende Erforschung dieses Phänomens, die dank Arrays wie dem EHT ermöglicht wird, ermöglicht es Astronomen auch, zu beobachten, wie die Gesetze der Physik in den extremsten Umgebungen des Universums funktionieren.
