Im Herzen der Milchstraße befindet sich ein fast unvorstellbar riesiges Schwarzes Loch. Es wird als supermassives Schwarzes Loch (SMBH) bezeichnet und Astronomen glauben, dass fast alle massereichen Galaxien eines in ihrem Zentrum haben. Aber natürlich hat noch niemand einen gesehen (sozusagen, mehr dazu später): Es basiert alles auf anderen Beweisen als auf direkter Beobachtung.
Das SMBH der Milchstraße heißt Schütze A* (Sgr. A*) und ist etwa 4 Millionen Mal massereicher als die Sonne. Wissenschaftler wissen, dass es da ist, weil wir die Wirkung beobachten können, die es auf Materie hat, die ihr zu nahe kommt. Jetzt haben wir eine unserer besten Aussichten auf Sgr. A*, dank eines Wissenschaftlerteams, das eine Technik namens . verwendet Interferometrie .
Als Sgr. Die starke Schwerkraft von A* zieht Gas und Staub an, das Gas und der Staub wirbeln um das Loch herum. Irgendwie wird eine enorme Energiemenge abgestrahlt, die Astronomen sehen können. Aber Astronomen sind sich nicht ganz sicher, was diese Energie freisetzt. Kommt es vom wirbelnden Material? Oder kommt es von Materialstrahlen, die aus dem Loch schießen?
„Die Quelle der Strahlung von Sgr A* wird seit Jahrzehnten diskutiert.“
Michael Johnson vom Zentrum für Astrophysik | Harvard und Smithsonian (CfA)
„Die Quelle der Strahlung von Sgr A* wird seit Jahrzehnten diskutiert“, sagt Michael Johnson vom Center for Astrophysics | Harvard und Smithsonian (CfA). „Einige Modelle sagen voraus, dass die Strahlung von der Materialscheibe stammt, die vom Schwarzen Loch verschluckt wird, während andere sie einem Materialstrahl zuschreiben, der vom Schwarzen Loch wegschießt. Ohne eine schärfere Sicht auf das Schwarze Loch können wir beide Möglichkeiten nicht ausschließen.“
Künstlerische Darstellung der Akkretionsscheibe um das supermassive Schwarze Loch, das eine aktive Galaxie antreibt. Astronomen wollen wissen, ob die Energie, die vom supermassiven Schwarzen Loch unserer Galaxie abgestrahlt wird, durch Materialstrahlen verursacht wird, die vom Loch wegschießen, oder durch die Akkretionsscheibe aus wirbelndem Material in der Nähe des Lochs. Bildnachweis: NASA/Dana Berry, SkyWorks Digital
Das Verständnis der Schwarzen Löcher bedeutet also, dass Astronomen klarer in die Region des Lochs sehen müssen. Aber Veranstaltungen bei Sgr. A* werden von klumpigen Elektronenwolken zwischen uns und dem Zentrum der Galaxie verdeckt. Und diese Wolken verwischen und verzerren unsere Sicht auf das Schwarze Loch.
Einem Team von Astronomen ist es gelungen, durch diese Elektronenwolken zu schauen, um klarer zu sehen, was bei Sgr vor sich geht. EIN*. Das Team wird geleitet von
Sara Issaoun, Doktorandin der Radboud University, und Sgr. In der Nachbarschaft von A* verließen sie sich auf eine Technik namens Very Long Baseline Interferometry (VLBI).
Das Ergebnis? Eines unserer bisher klarsten Bilder von dem, was im supermassiven Schwarzen Loch unserer Galaxie vor sich geht.
Das Global Millimeter VLBI Array, zusammen mit ALMA. Credit: S. Issaoun, Radboud University/ D. Pesce, CfA
Interferometrie ist die Technik, mehrere Teleskope zusammen zu nutzen, um ein entferntes Objekt effektiver abzubilden. Je weiter die Zielfernrohre voneinander entfernt sind, desto länger ist die Basislinie und desto größer ist die effektive Blende. Mit VLBI, das in dieser Forschung verwendet wird, umspannen die einzelnen Teleskope den Globus, wodurch eine riesige Art virtuelles Teleskop entsteht.
Aber es gab andere Interferometer, und sie haben Sgr nicht gesehen. A* dies deutlich. Das Team hinter dieser Studie machte einen weiteren Fortschritt in der Interferometrie. Sie haben die Mächtigen ausgestattet SEELE (Atacama Large Millimeter Array) in Chile mit einer neuen Elektronik, einem sogenannten Phasing-System. Dies ermöglichte ALMA, das bereits ein Interferometer ist, sich einem Netzwerk von 12 anderen Teleskopen namens GMVA (Global 3mm VLBI Array) anzuschließen. Wie der Name schon sagt, ist GMVA bereits ein Very Long Baseline Interferometer. Der Zusammenschluss von GMVA mit ALMA schafft eine Art Super-VLBI.
„…wir betrachten dieses Biest aus einem ganz besonderen Blickwinkel.“
Heino Falcke, Professor für Radioastronomie an der Radboud University.
„ALMA selbst ist eine Sammlung von mehr als 50 Radioschüsseln. Die Magie des neuen ALMA Phasing Systems besteht darin, dass all diese Schalen wie ein einziges Teleskop funktionieren, das die Empfindlichkeit einer einzelnen Schale mit einem Durchmesser von mehr als 75 Metern hat. Diese Sensibilität und seine Lage hoch in den Anden machen es perfekt für diese Sgr A*-Studie“, sagt Shep Doeleman vom CfA, der leitende Forscher des ALMA-Phasenprojekts war.
„Der Durchbruch bei der Bildqualität kam von zwei Faktoren“, erklärt Lindy Blackburn, Radioastronomin am CfA. „Durch die Beobachtung bei hohen Frequenzen war die Bildverfälschung durch interstellares Material weniger signifikant, und durch das Hinzufügen von ALMA haben wir das Auflösungsvermögen unseres Instruments verdoppelt.“
Oben links: Simulation von Sgr A* bei 86 GHz ohne interstellare Streuung. Oben rechts: Simulation mit interstellarer Streuung. Unten rechts: beobachtetes Bild von Sgr A*. Unten links: beobachtetes Bild von Sgr A* nach Entfernung der Effekte der interstellaren Streuung. Quelle: S. Issaoun, M. Mo?cibrodzka, Radboud University/ M. D. Johnson, CfA
Was haben Wissenschaftler aus dieser Innovation gelernt? Wie haben diese hervorragenden Bilder ihnen geholfen, unser supermassereiches Schwarzes Loch Sgr. EIN*?
Die neuen Bilder zeigen, dass die Strahlung von Sgr A* eine symmetrische Morphologie hat und kleiner als erwartet ist – sie umfasst nur 300 Millionstel Grad. „Dies könnte darauf hindeuten, dass die Radioemission eher in einer Scheibe einfallenden Gases als durch einen Radiojet erzeugt wird“, erklärt Issaoun, der Computersimulationen gegen die Bilder testete. „Das würde Sgr A* jedoch zu einer Ausnahme im Vergleich zu anderen radioemittierenden Schwarzen Löchern machen. Die Alternative könnte sein, dass der Funkstrahl fast direkt auf uns zeigt.“
Es gibt viele Diskussionen über die Energie, die von Sgr. A*, und unabhängig davon, ob es von verwirbeltem, erhitztem Material in der Akkretionsscheibe stammt oder von Materialstrahlen, die vom Loch weg gerichtet sind. Es könnte von unserem Standpunkt abhängen.
Das Konzept dieses Künstlers zeigt ein „fütterndes“ oder aktives, supermassives Schwarzes Loch mit einem Jet, der mit nahezu Lichtgeschwindigkeit nach außen strömt. Solche aktiven Schwarzen Löcher findet man oft im Herzen elliptischer Galaxien. Wenn ein Jet auf die Erde strahlt, wird das Objekt Blazar genannt. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech
Issaouns Betreuer ist Heino Falcke, Professor für Radioastronomie an der Radboud University. Falcke war von diesem Ergebnis überrascht, und im letzten Jahr hätte Falcke dieses neue Jet-Modell für unglaubwürdig gehalten. Aber vor kurzem kam eine andere Gruppe von Forschern zu einem ähnlichen Ergebnis, das ESOs nutzte Sehr großes Teleskop-Interferometer von optischen Teleskopen und einer eigenständigen Technik. „Vielleicht stimmt das doch“, schließt Falcke, „und wir betrachten dieses Biest aus einem ganz besonderen Blickwinkel.“
Astronomen sind noch nicht fertig mit Sgr. A* noch. Sie planen, das supermassive Schwarze Loch immer besser zu betrachten. „Die ersten Beobachtungen von Sgr A* bei 86 GHz datieren vor 26 Jahren mit nur einer Handvoll Teleskopen. Im Laufe der Jahre hat sich die Qualität der Daten stetig verbessert, da immer mehr Teleskope hinzukommen“, sagt J. Anton Zensus, Direktor des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie.
Als nächstes ist die Event Horizon Teleskop .
Das EHT ist eine internationale Kooperation zur Erforschung der unmittelbaren Umgebung eines Schwarzen Lochs. Es ist nicht ein einziges Teleskop, sondern ein verbundenes System von Radioteleskopen auf der ganzen Welt, die alle mithilfe von Interferometrie zusammenarbeiten. Durch Messung der elektromagnetischen Energie aus der Umgebung des Schwarzen Lochs mit mehreren Radioschüsseln an mehreren Orten können einige der Eigenschaften der Quelle abgeleitet werden.
Astronomen verbrachten einen Zeitraum von vier Jahren mit dem EHT, um das supermassive Schwarze Loch Sgr zu untersuchen. EIN*. Dieser Zeitraum endete im April 2017, aber ein Team von 200 Wissenschaftlern und Ingenieuren arbeitet noch immer an den Daten. Bisher haben sie nur ein Computermodell von dem veröffentlicht, was sie zu sehen hoffen.
Forscher, die das Event Horizon Telescope verwenden, hoffen, Bilder wie dieses vom supermassiven Schwarzen Loch Sag zu erstellen. Der Ereignishorizont von A. Bildquelle: EHT.
Michael Johnson ist optimistisch. „Wenn ALMA den gleichen Erfolg beim Beitritt zum Event Horizon Telescope bei noch höheren Frequenzen hat, dann zeigen diese neuen Ergebnisse, dass uns die interstellare Streuung nicht davon abhalten wird, bis zum Ereignishorizont des Schwarzen Lochs hinunter zu blicken.“
Die Mannschaften Ergebnisse wurden im Astrophysical Journal veröffentlicht.
Quellen:
- Pressemitteilung: Den Schleier über dem Schwarzen Loch im Herzen unserer Galaxie lüften
- Forschungsbericht: Größe, Form und Streuung von Sagittarius A* bei 86 GHz: Erstes VLBI mit ALMA
- Universum heute: So könnten die ersten Bilder vom Event Horizon aussehen
- Wikipedia-Eintrag: Schütze A*
- ALMA-Observatorium