Das erste Foto eines Schwarzen Lochs
Aktuelle Info vom 21. April 2019


Nach jahrelanger Arbeit ist es erstmals gelungen, das Schwarze Loch im Zentrum einer Galaxie zu fotografieren. Dieses Bild ist ein weiterer Beleg für die Existenz Schwarzer Löcher und eine erneute Bestätigung der allgemeinen Relativitätstheorie.

Was auf dem Foto zu sehen ist

Das Bild zeigt das 6,5 Milliarden Sonnenmassen schwere Schwarze Loch im Zentrum der Elliptischen Galaxie Messier 87 in einer Entfernung von 55 Millionen Lichtjahren. Sein Schatten ist umgeben von einem Ring aus Licht. Dieses Licht stammt von der sogenannten Akkretionsscheibe, einem heißen Gasstrudel, der um das Schwarze Loch rotiert. Je weiter sich das Gas dem Schwarzen Loch nähert, desto höher wird seine Geschwindigkeit und Temperatur. Da heißes Gas leuchtet, sendet die Akkretionsscheibe ein breites Lichtspektrum aus, wovon insbesondere der Mikrowellen-Bereich das Gas passieren und bis zur Erde gelangen kann. Jenes Licht im Mikrowellenbereich hat das Event Horizon Telescope gesammelt.

Da Schwarze Löcher sehr viel Masse auf einen vergleichbar kleinen Raum konzentrieren, krümmen sie sehr stark die Raumzeit. Das hat zur Folge, dass selbst Licht einer gekrümmten Bahn um das Schwarze Loch herum folgt. Deshalb sieht man den Schatten des Schwarzen Lochs gesäumt von einem Lichtring. Der Radius des Schattens entspricht etwa dem 2,5-fachen Radius des Ereignishorizonts (Event Horizon). Auf diesem Radius kann das Licht gerade um das Schwarze Loch kreisen, ohne davon verschluckt zu werden. Der Ereignishorizont ist die Fläche um das Schwarze Loch, wo die Fluchtgeschwindigkeit gleich der Lichtgeschwindigkeit ist. Alles was hinter den Ereignishorizont gelangt, kann nie mehr aus dem Schwarzen Loch herausdringen, einschließlich Licht.

Die Helligkeitsunterschiede in der Ringstruktur kommen durch die Rotation der Akkretionsscheibe und den Blickwinkel auf das Objekt zustande. Das Gas in nächster Nähe zum Schwarzen Loch hat fast Lichtgeschwindigkeit, was zu einer starken Doppler-Verschiebung des ausgesandten Lichts führt. Hinzu kommt der Gravitationslinseneffekt, bei dem das Schwarze Loch, Kraft seiner großen Masse, das Licht in seiner Umgebung bündelt und auf diese Weise verstärkt.

Wie das Foto entstanden ist

Das Event Horizon Telescope (EHT) setzt sich aus acht erdgebundenen Radioteleskopen auf der ganzen Welt zusammen und das ergibt ein Interferometer im Maßstab der Erde. Die Interferometrie ist eine Messtechnik, die sich der Welleneigenschaften des Lichts bedient. Wird kohärentes Licht von verschiedenen Punkten aus beobachtet, trifft das Licht phasenverschoben auf die unterschiedlichen Beobachtungspunkte ein. Durch Überlagerung des eintreffenden Lichts können Informationen über die Lichtquelle gewonnen werden. Durch Kombination der Beobachtungsdaten der acht Teleskope, werden hochpräzise Resultate ermöglicht. Im Falle des EHT beträgt die Auflösung etwa 20 Mikro-Bogensekunden. Mit dieser Auflösung wäre es möglich, eine Zeitung auf die Entfernung Paris – New York zu lesen.

Da die beteiligten Teleskope auf der gesamten Erde über große Entfernungen verteilt sind, wird einerseits die hohe Auflösung erreicht, andererseits ist es aber nicht möglich, das detektierte Licht sofort zu überlagern. Daher werden genau synchronisierte Atomuhren benötigt, um die Beobachtungsdaten der Einzelteleskope mit genauen Zeiten abzuspeichern. Erst anschließend werden die Daten in den Supercomputern des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn und des MIT Haystack Observatory in Westford rechnerisch korreliert und ausgewertet.

Die Beobachtungen dauerten 7 Tage und wurden bereits im April 2017 abgeschlossen. In diesem Zeitraum wurden 5 Petabyte (5 Millionen Gigabyte) Daten gesammelt. Erst im Juli 2018 wurde nach über einem Jahr der Auswertung eine ringförmige Struktur von mehreren Wissenschaftler-Teams unabhängig voneinander rekonstruiert. Am 10. April 2019 wurde schließlich das Foto des Schwarzen Lochs veröffentlicht. In der Zukunft soll das EHT aufgestockt werden und es sind weitere Beobachtungen Schwarzer Löcher geplant. Die Standorte der aktuell beteiligten und zukünftig geplanten Teleskope des EHT kann man auf der Seite https://eventhorizontelescope.org/array finden.

First Image of a Black Hole

First Image of a Black Hole

Quellen:

Bild: https://eventhorizontelescope.org/files/eht/files/20190410-78m-4000×2330.jpg?m=1554877823


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