Astronomie, Bilder der Wissenschaftsgeschichte, Kosmologie, Unterwegs

So sieht unser Schwarzes Loch aus!

Und da ist es!

Credit: EHT Collaboration

Was sehen wir auf dem Bild und warum ist es was Besonderes?
Wir sehen hier das erste Bild vom Schwarzen Loch im Zentrum unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße! Genau genommen sehen wir nicht das Schwarze Loch selbst, sondern den Schatten, aber dazu später etwas mehr.
Gestern, um 15 Uhr CEST fanden weltweit synchron mehrere Pressekonferenzen statt und wie ich euch schon erzählt hatte, sind im Vorfeld viele (ich auch) davon ausgegangen, dass bekanntgegeben werden würde, dass es tatsächlich gelungen ist, ein Bild unseres Schwarzen Lochs aufzunehmen und genauso war es dann auch.

In gelb markiert sind die Teleskope, die dieses Bild mit aufgenommen haben. In blau markiert sind zusäzliche Teleskope, mit denen bereits neue Daten gesammelt wurden. // Credit: ESO/M. Kornmesser

Wie wurde das Bild aufgenommen?
Um etwas aufzunehmen, was so weit entfernt ist, reicht es nicht, einfach nur mit einem Teleskop zu beobachten. Wie schon bei M87* wurden mehrere Teleskope auf der ganzen Welt so zusammengeschaltet, dass sie alle gleichzeitig oder leicht versetzt in die gleiche Richtung schauten und Daten sammelten. Diese Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration wurde genau zu diesem Zweck ins Leben gerufen: Schwarze Löcher endlich sichtbar zu machen.
Die Radio – Messungen fanden bereits im April 2017 statt! Seitdem wurden diese Daten ausgewertet, von Rauschen bereinigt und übereinander gelegt – man muss beispielsweise die Zeiten aufeinander abstimmen, aber auch die geographischen Unterschiede rausrechnen etc.. Dabei muss man sich klar machen, dass es hier um Datenmengen geht, die so riesig sind, dass man sie nicht einfach über das Internet verschicken kann, sondern tatsächlich wurden physische Datenträger durch die Welt geschickt – quasi der traditionelle Weg.
Aus all diesen Daten wurden dann immer wieder Bilder erzeugt und diese dann miteinander verglichen. Das Bild, was uns gestern als „DAS“ Bild präsentiert wurde, ist dabei eine Art Durchschnittsbild aus zahlreichen Aufnahmen mit einer Gewichtung aus Basis zahlreicher Aufnahmen.

In groß seht ihr „das“ Bild des Schwarzen Lochs Sgr A*. Es entstand durch eine Kombination aus tausenden von Bildern, die gewichtet zum fertigen Bild führten. Unten seht ihr eine Auswahl von anderen Bildern von Sgr A*. // Credit: EHT Collaboration

Was sehen wir konkret auf dem Bild und wie groß ist das Schwarze Loch?
Auf dem Bild sieht man eine Art Donut mit dunklem Fleck in der Mitte. Das „Donutloch“ ist der Schatten des eigentlichen Schwarzen Lochs. Spannend und eine neue Erkenntnis ist, dass wir von der Erde aus direkt auf das Schwarze Loch von oben drauf schauen – eben wir auf einen Donut vor uns. Wir sehen nicht von der Seite darauf und deswegen konnte auf kein Jet beobachtet werden, wir werden sehen, ob es in Zukunft eine Möglichkeit geben wird, diesen zu beobachten.
Sagittarius A* ist ein supermassereiches Schwarzes Loch, 27.000 Lichtjahre entfernt und hat eine Masse von ungefähr 4 Millionen Sonnenmassen. Zum Vergleich: M87* ist 55 Millionen Lichtjahre entfernt und ist mehr als 1.000 Mal massereicher. Relativ betrachtet erscheinen die beiden uns von der Erde aus deswegen etwa gleich groß.
Dabei kann man sich die Größe ungefähr so vorstellen: Legt man die Sonne mitten auf das Schwarze Loch Sgr A*, ist die Akkretionsschreibe noch einmal ungefähr so groß wie der Orbit des Merkurs. Im Bild seht ihr im Vergleich dazu auch noch einmal M87*.

Wie groß ist das Schwarze Loch im Vergleich zu M87* und unserem Sonnensystem? // Credit: EHT Collaboration

Warum sehen wir nur den Schatten des Schwarzen Lochs?
Die Besonderheit eines Schwarzen Lochs ist ja gerade, dass nichts aus ihm entweichen kann, was den Ereignishorizont überquert hat. Gar nichts! Nicht einmal Licht!.
Fotografieren kann man aber nur, wenn man irgendeine Art von Licht auffangen kann. Im Falle des Schwarzen Lochs sind das die Lichtstrahlen, die um das Schwarze Loch herumschwirren. Stark aufgeladene Teilchen, die durch die Masse des Schwarzen Lochs beschleunigt und in ihrer Bahn abgelenkt werden. Und genau diese kann man fotografieren und das ist das Licht, was wir auf den Bildern sehen. Das Schwarze Loch ist im Prinzip der dunkle Fleck in der Mitte, beziehungsweise sehen wir hier den Schatten des Schwarzen Lochs, also der Fleck, wo kein Licht aufzunehmen ist.

Ist es wirklich ein Schwarzes Loch, was wir da sehen?
Eine berechtigte Frage! Denn nur, weil wir vorher davon ausgegangen sind, dass sich ein Schwarzes Loch im Zentrum der Milchstraße befindet – beispielsweise aufgrund der Arbeit von Andrea Ghez und Reinhard Genzel, die 2020 zusammen mit Roger Penrose den Nobelpreis dafür erhielten – wissen wir natürlich noch lange nicht, dass das, was nun aufgenommen werden konnte, tatsächlich dieses Schwarze Loch ist.
Parallel zu den Pressekonferenzen gestern sind mehrere Paper erschienen (ganz unten findet ihr eine Übersicht) und in einem davon wird ganz konkret auch dieser Frage nachgegangen. 100 % sicher kann man sich zwar nicht sein, aber alle anderen Möglichkeiten – wie beispielsweise ein Boson Stern oder ein Wurmloch – sind sehr viel unwahrscheinlicher und passen schlechter zu dem, was beobachtet wurde.
Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der EHT Collaboration war gestern auch besonders wichtig zu betonen, dass sie selbst überrascht waren, wie perfekt die Daten zu dem passten, was die Theorie vorhersagt. Es hätte genauso gut sein können, dass eine ganze andere Form herausgekommen wäre und eben nicht der Donut. Auch Einsteins Relativitätstheorie hat durch die Veröffentlichung gestern noch eine große, experimentelle Bestätigung mehr bekommen, denn die Lichtstrahlen verhalten sich genau so, wie man es vorhergesagt hat.

So wurde uns das Bild des Schwarzen Lochs präsentiert: Mit einem Reinzoomen von der Erde bis hin zu Sgr A*:

Nun haben wir das Bild, also alle Arbeit erledigt?
Wie fast immer in der Wissenschaft wirft eine beantwortete Frage zahlreiche neue auf und auch hier ist das natürlich so. Die EHT Collaboration hat bereits neue Daten aufgenommen, von unserem Schwarzen Loch und auch von anderen. Diese werden aktuell ausgewertet, wir können also hoffen, dass wir in ein paar Jahren ebenfalls ein Bild von Sgr A* bekommen, auf dem man die Magnetlinien schön erkennen kann oder vielleicht sogar eine kurze Filmsequenz. Der Film dürfte insbesondere spannend sein, weil man Dank der Aufnahmen, die gestern gezeigt wurden, beobachten kann, dass unser Schwarzes Loch sehr aktiv ist.
Außerdem können wir die Masse des Schwarzen Lochs jetzt noch besser bestimmen, über den Spin wissen wir allerdings immernoch nichts. Masse und Spin sind die beiden Größen, die alles wichtige über ein Schwarzes Loch aussagen.

Es bleibt also auf jeden Fall spannend und es gibt weiter viel zu tun!

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Quellen & Mehr Informationen:
Astronomers reveal first image of the black hole at the heart of our galaxy, eso.org, 12.05.2022
Astronomers reveal first image of the black hole at the heart of the Milky Way, Max Planck Institute for Radio Astronomy, 12.05.2022
Astronomers reveal first image of the black hole at the heart of our galaxy, Event Horizon Telescope, 12.05.2022

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