Das Event Horizon Telescope, eine Anordnung von acht bodengestützten Radioteleskopen im Planetenmaßstab, die durch internationale Zusammenarbeit hergestellt wurden, hat dieses Bild des supermassiven Schwarzen Lochs und seines Schattens im Zentrum der Galaxie M87 aufgenommen.
(Bild: © EHT Collaboration)
Das Event Horizon Telescope Projekt ruht sich nicht auf seinen Lorbeeren aus.
Im April 2019 enthüllte die EHT-Zusammenarbeit die erstes Bild eines Schwarzen Lochs, der den Giganten im Herzen der Galaxie M87 gefangen nahm. Das Projekt hatte für diesen Moment zwei Jahrzehnte lang gearbeitet, aber die Enthüllung war weder ein Höhepunkt noch ein Höhepunkt. Es war vielmehr ein Wendepunkt, das Öffnen eines Fensters für noch aufregendere Entdeckungen, sagten die Teammitglieder.
"Wir werden in 20 Jahren auf diese 20 Jahre zurückblicken - wissen Sie, wir werden alle irgendwo Regenschirmgetränke trinken - und ich denke, wir werden das M87-Image als den Anfang erkennen", sagte Shep Doeleman, Gründungsdirektor von EHT Der Astronom am Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik (CfA) in Massachusetts berichtete Reportern am 10. April während einer Webcast-Veranstaltung anlässlich des einjährigen Jubiläums der Enthüllung des Fotos.
"Es wird wirklich nur der Anfang sein", fügte Doeleman hinzu. "Ich denke, diese Entdeckung wird weitergehen."
Große Ambitionen für Schwarze Löcher
Der nächste große Moment könnte die Supermassive unserer eigenen Milchstraße beinhalten schwarzes Loch, das als Schütze A * oder kurz Sgr A * bekannt ist. Das EHT-Team hat Sgr A * beobachtet, konnte jedoch noch kein Bild aus den Daten generieren.
Das Fotografieren eines Schwarzen Lochs ist viel mehr als nur Zeigen und Schießen. Das EHT kombiniert Daten von acht Radioteleskopen auf der ganzen Welt, die zu einem virtuellen Megaskop von der Größe der Erde verbunden sind. Das Team entwickelt Algorithmen, um all diese Informationen zu verstehen, und integriert sie, um ein Bild zu erzeugen, das die des Schwarzen Lochs darstellt Ereignishorizont - der "Punkt ohne Wiederkehr", hinter dem nichts, nicht einmal Licht, entkommen kann. (Das Fotografieren des Inneren eines Schwarzen Lochs ist unmöglich, es sei denn, Sie sind selbst dort, was nicht empfohlen wird.)
Solche Arbeiten sind mühsam und zeitaufwändig. Zum Beispiel wurden die M87-Daten, die das Bild des letzten Jahres ermöglichten, 2017 gesammelt. Und Sgr A * ist immer noch ein härteres Ziel, obwohl es uns viel näher liegt (26.000 Lichtjahre gegenüber 55 Millionen Lichtjahren für M87). Sgr A * ist ein relativ leichtes supermassives Schwarzes Loch, das die Masse von "nur" 4,3 Millionen Sonnen beherbergt und daher auf kürzeren Zeitskalen arbeitet als das M87-Monster mit einer Sonnenmasse von 6,5 Milliarden.
"Eine der Herausforderungen für Schütze A * ist, dass er sich im Laufe eines Abends so schnell entwickelt", sagte Doeleman. "Wir entwickeln also neue Algorithmen, die speziell darauf eingehen können, um der Modellierung eine zeitliche Variabilität hinzuzufügen. Das braucht nur mehr Zeit."
Das Hinzufügen von Sgr A * zum Fotoalbum hat für EHT-Teammitglieder eine hohe Priorität, auch weil sie einen Blick auf ein Objekt werfen möchten, das so anders ist als M87s supermassives Schwarzes Loch. Aber die Ambitionen des Projekts enden hier nicht. Die Zusammenarbeit sieht vor, die Anzahl der EHT-Teleskope zu verdoppeln und ein "EHT der nächsten Generation" zu schaffen, das die Entdeckung auf die nächste Ebene bringt.
Das modifizierte Megaskop "wird uns noch schärfere Ansichten geben und uns die ersten Filme über Schwarze Löcher machen lassen", sagte Doeleman.
Das EHT der nächsten Generation wird den Forschern noch mehr Schwarze Löcher in Reichweite bringen. Und es könnte dem Team sogar ermöglichen, den "Photonenring" eines Schwarzen Lochs zu vergrößern, eine bizarre Struktur, die eine unendliche, informationsreiche Folge von Unterringen zu enthalten scheint. Solche eingehenden Beobachtungen würden "hochpräzise Tests von Einsteins Theorien und sogar die Extraktion von Spin ermöglichen", sagte Doeleman.
Das wäre in der Tat eine große Sache. "Supermassive Schwarze Löcher sind elementare Objekte, die nur durch ihre Größe und Rotation beschrieben werden", sagte EHT-Teammitglied Michael Johnson, ebenfalls von der CfA, während der Veranstaltung am 10. April. EHT-Beobachtungen ermöglichen es Wissenschaftlern bereits, Masse festzunageln. Wenn Sie also auch Spin bekommen, können Wissenschaftler die Waren dieser leicht verschlingenden Monster wirklich erhalten.
Das EHT der nächsten Generation wird auch andere Vorteile bieten, sagten Doeleman und Johnson. Zum Beispiel sollte die verbesserte Partnerschaft es der Zusammenarbeit ermöglichen, ein viel besseres Verständnis von Schwarzlochstrahlen zu erlangen, Teilchenstrahlen, die die Giganten mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausstrahlen.
Die Zusammenarbeit wurde bereits von der US-amerikanischen National Science Foundation finanziert, um den Startschuss für die EHT der nächsten Generation zu geben. Das Ziel ist es, innerhalb von drei oder vier Jahren ein endgültiges Design zu erstellen und alles vor Ende des Jahrzehnts zum Laufen zu bringen, sagte Doeleman. (Neue Gerichte sind übrigens nicht die einzige Möglichkeit, die EHT zu steigern. Die Auflösung kann auch verbessert werden, indem Ziele mit mehreren elektromagnetischen Frequenzen beobachtet werden, so Doeleman und Johnson.)
Die EHT könnte danach noch einen Schub bekommen. Eine Ausweitung der Reichweite des Megaskops in den Weltraum würde sein Auflösungsvermögen erheblich erhöhen, und das Team sucht nach Möglichkeiten, genau das zu erreichen. Die Zusammenarbeit untersucht die Möglichkeit, bereits vorhandene Weltraumressourcen einzubeziehen und neue, dedizierte Missionen zu organisieren, sagte Johnson.
Das Hinzufügen eines einzigen Instruments in der geosynchronen Umlaufbahn, mehr als 35.400 Kilometer über unserem Planeten, würde einen Unterschied machen. "Und dann sicher, wenn du rauskommst der Mond - Hier würden wir uns meiner Meinung nach wirklich mit völlig neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen befassen ", sagte Johnson im vergangenen Monat gegenüber Space.com, als das EHT-Team dies ankündigte seine Photonenringergebnisse. (Diese Entfernung wäre ungefähr zehnmal weiter; der Mond ist durchschnittlich 388.400 km von der Erde entfernt.)
Eine Unebenheit auf der Straße
Die Coronavirus-Pandemie hat den Weg zu zukünftigen EHT-Entdeckungen holpriger gemacht, als es normalerweise der Fall gewesen wäre: Das Projekt Die Beobachtungskampagne 2020 wurde abgebrochen weil einige der teilnehmenden Bereiche aus Gesundheits- und Sicherheitsgründen geschlossen wurden. (Das Projekt sammelt nur einmal pro Jahr Daten während eines Fensters im März und April, in dem das Wetter an allen weit verbreiteten Beobachtungsstellen gut ist.)
Die Absage war der richtige Schritt, sagte Doeleman. Aber es war "herzzerreißend", fügte er hinzu, insbesondere weil die diesjährigen Beobachtungen erstmals Beiträge von Instrumenten aus Grönland, Arizona und den französischen Alpen enthalten hätten. Die Kampagne 2020 hätte also eine erweiterte, leistungsstärkere EHT mit 11 Anwendungsbereichen beinhalten können.
Das Team kann jedoch noch viele Datenanalysen durchführen und den Grundstein für die Beobachtungen im nächsten Jahr legen, betonte Doeleman. Die Geister unter den Forschern sind also alles andere als gebrochen.
"Während der gesamten Zusammenarbeit gibt es keinen Ton der Verzweiflung. Ich denke, wir sind durch das Leiden irgendwie vereint", sagte Johnson.
"Die Lösung des Schwarzen Lochs wurde von Karl Schwarzschild in den Schützengräben während des Ersten Weltkriegs abgeleitet", sagte er und bezog sich auf den deutschen Physiker, der die erste genaue Lösung dafür gefunden hatte Einsteins allgemeine Relativitätsgleichungen. "Die Wissenschaft geht also weiter und ich denke, dass sie auch bei diesen Herausforderungen eine wichtige Rolle spielt."
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