Mai 20, 2022

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Supermassereiches Schwarzes Loch: Erstes Bild von Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße

Supermassereiches Schwarzes Loch: Erstes Bild von Sagittarius A* im Zentrum der Milchstraße

Es ist die erste direkte Beobachtung, die die Existenz eines Schwarzen Lochs, bekannt als Sagittarius A*, als das schlagende Herz der Milchstraße bestätigt.

Schwarze Löcher emittieren kein Licht, aber das Bild zeigt den Schatten des Schwarzen Lochs, umgeben von einem hellen Ring, das Licht wird durch die Schwerkraft des Schwarzen Lochs gebogen. Astronomen haben gesagt, dass das Schwarze Loch vier Millionen Mal größer ist als unsere Sonne.

Michael Johnson, Astrophysiker, Zentrum für Astrophysik: „Seit Jahrzehnten fragen sich Astronomen, was im Herzen unserer Galaxie liegt und mit seiner immensen Schwerkraft Sterne in enge Umlaufbahnen zieht“ | Harvard und Smithsonian, in einer Erklärung.

„Mithilfe eines Bildes (Event Horizon Telescope, EHT) zoomten wir tausendmal näher an diese Umlaufbahnen heran, wo die Schwerkraft millionenfach stärker wird. In dieser Nähe beschleunigt ein Schwarzes Loch Materie, um sich der Lichtgeschwindigkeit zu nähern, und krümmt sich Photonenpfade in verdrehter (Raumzeit).“

Das Schwarze Loch ist etwa 27.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Unser Sonnensystem befindet sich in einem der Spiralarme der Milchstraße, weshalb wir so weit vom galaktischen Zentrum entfernt sind. Wenn wir dies am Nachthimmel sehen könnten, würde das Schwarze Loch die gleiche Größe haben wie ein Donut auf dem Mond.

„Wir waren erstaunt, wie gut die Ringgröße den Erwartungen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie entsprach“, sagte EHT-Projektwissenschaftler Jeffrey Bauer vom Institut für Astronomie und Astrophysik der Academia Sinica, Taipei, in einer Erklärung.

„Diese beispiellosen Beobachtungen haben unser Verständnis dessen, was in (dem Zentrum) unserer Galaxie passiert, erheblich verbessert und liefern neue Einblicke in die Wechselwirkung dieser riesigen Schwarzen Löcher mit ihrer Umgebung.“

Die Ergebnisse dieser bahnbrechenden Entdeckung wurden am Donnerstag in einer Sonderausgabe von veröffentlicht Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe.

Auf der Suche nach einem schwarzen Loch

Astronomen brauchten fünf Jahre, um dieses Bild und diese Entdeckung aufzunehmen und zu bestätigen. Zuvor beobachteten Wissenschaftler Sterne, die einige unsichtbare massive Objekte im Zentrum der Galaxie umkreisten.

Das 2020 Nobelpreis für Physik Verliehen an die Wissenschaftler Roger Penrose, Reinhard Genzel und Andrea Geis für ihre Entdeckungen über Schwarze Löcher, einschließlich der von Geis und Genzel geteilten Beweise über die Masse eines Objekts im Zentrum der Milchstraße.
Der Nobelpreis für Physik wurde für die Entdeckung von Schwarzen Löchern verliehen, die „Schwarze Löcher“ offenbarten.  Die dunkelsten Geheimnisse des Universums & # 39 ;

Ramesh Narayan, theoretischer Astrophysiker am Zentrum für Astrophysik: „Jetzt sehen wir, dass das Schwarze Loch in der Nähe Gas und Licht verschlingt und sie in einen bodenlosen Krater zieht.“ Harvard und Smithsonian, in einer Erklärung. „Dieses Bild bestätigt jahrzehntelange theoretische Arbeit, um zu verstehen, wie sich Schwarze Löcher fressen.“

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Diese Entdeckung wurde durch mehr als 300 Forscher aus 80 Institutionen ermöglicht, die mit dem Netzwerk von acht verschiedenen Radioteleskopen auf der ganzen Welt arbeiten, die das Event Horizon Telescope bilden.

Das Teleskop ist nach dem „Ereignishorizont“ benannt, dem Punkt, an dem Licht nicht aus dem Schwarzen Loch entweichen kann. Dieses globale Teleskopnetzwerk stellt im Wesentlichen ein einziges virtuelles Teleskop in „Erdgröße“ dar, wenn alle acht miteinander verbunden sind und die Beobachtungen nebeneinander erfolgen.

Es ist das zweite Bild eines Schwarzen Lochs mit einer Dehnung Das erste ist die EHT-Errungenschaft der M87-Bildgebung* Im Herzen der fernen Galaxie Messier 87, die 55 Millionen Lichtjahre entfernt ist, im Jahr 2019.
Diese Tafeln zeigen die ersten beiden Bilder eines Schwarzen Lochs.  Links ist der M87 * und rechts der Bogen A *.

Während die beiden Bilder gleich aussehen, ist Bogen A* mehr als 1.000 Mal kleiner als M87*.

„Wir haben zwei völlig unterschiedliche Arten von Galaxien und zwei sehr unterschiedliche Massen von Schwarzen Löchern, aber am Rand dieser Schwarzen Löcher sehen sie sich erstaunlich ähnlich“, sagte Sera Markov, Co-Vorsitzende des EHT Science Council und Professorin für Theoretische Astrophysik an der EHT Das Institut. Die Universität Amsterdam in einer Erklärung.

„Dies sagt uns, dass (Einsteins Theorie der) allgemeinen Relativitätstheorie diese Dinge genau regelt, und alle Unterschiede, die wir weiter entfernt sehen, müssen auf Unterschiede in den Materialien zurückzuführen sein, die schwarze Löcher umgeben.“

Unmöglich, ein Foto zu machen

Obwohl das Schwarze Loch der Milchstraße näher an der Erde liegt, war es schwierig zu fotografieren.

„Gas in der Nähe von Schwarzen Löchern bewegt sich mit der gleichen Geschwindigkeit – ungefähr mit der gleichen Lichtgeschwindigkeit – um Sgr A* und M87* herum“, sagt EHT-Wissenschaftler Chi-kwan Chan vom Steward Observatory and Department of Astronomy and Data Science Institute der Universität von Arizona sagte in einer Erklärung. .

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„Aber wenn das Gas Tage bis Wochen braucht, um die größere M87* zu umkreisen, vollendet es in der viel kleineren Sgr A* eine Umlaufbahn in nur wenigen Minuten. Das bedeutet, dass sich die Helligkeit und das Muster des Gases um Sgr A* schnell änderten während die EHT-Kollaboration es beobachtete – ein bisschen wie der Versuch, ein klares Bild von einem Welpen zu machen, der schnell seinem Schwanz nachjagt.“

Wenn die beiden supermassereichen Schwarzen Löcher M87* und Sagittarius A* nebeneinander lägen, würde Sagittarius A* von M87*, das mehr als 1.000 Mal massereicher ist, in den Schatten gestellt.

Das globale Netzwerk von Astronomen musste neue Instrumente entwickeln, um die schnelle Bewegung von Gas um Sagittarius A* zu ermöglichen. Das resultierende Bild ist der Durchschnitt der verschiedenen Bilder, die das Team aufgenommen hat. Laut Caltech-Forschern war die Aufnahme des Bildes von Sagittarius A* wie das Fotografieren eines Salzkorns in New York City mit einer Kamera in Los Angeles.

„Dieses Bild vom Event Horizon Telescope erfordert mehr als nur die Aufnahme eines Bildes von Teleskopen auf hohen Berggipfeln. Es ist das Produkt sowohl technisch anspruchsvoller Teleskopbeobachtungen als auch innovativer Rechenalgorithmen“, sagte Katherine Bowman, eine Rosenberg-Forscherin und Assistenzprofessorin für Informatik und Mathematikwissenschaften, Elektrotechnik und Astronomie am California Institute of Technology, während einer Pressekonferenz.

Das Bild eines schwarzen Lochs, das Sie überall gesehen haben?  Ich danke dieser Doktorandin, dass sie mir das ermöglicht hat
Bowman arbeitete auch am M87-Fotoshooting* Geteilt im Jahr 2019. Trotz der Tatsache, dass das Foto von Schütze A * verschwommen erscheinen mag, „ist es eines der schärfsten Bilder aller Zeiten“, sagte Bowman.

Jedes Teleskop wurde an seine maximale Grenze gebracht, die als Beugungsgrenze bezeichnet wird, oder die maximale Anzahl winziger Merkmale, die es sehen kann.

„Und das ist im Grunde das Niveau, das wir hier sehen“, sagte Johnson auf der Pressekonferenz. „Es ist unklar, denn um das Bild klarer zu machen, müssen wir unsere Teleskope wegbewegen oder zu höheren Frequenzen wechseln.“

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Einblick

Das Erhalten von Bildern von zwei völlig unterschiedlichen Schwarzen Löchern wird es Astronomen ermöglichen, ihre Ähnlichkeiten und Unterschiede zu bestimmen und besser zu verstehen, wie sich Gas um supermassereiche Schwarze Löcher verhält, was zur Entstehung und Entwicklung von Galaxien beitragen könnte. Es wird angenommen, dass sich Schwarze Löcher im Zentrum der meisten Galaxien befinden und als ihre Motoren fungieren.

Sagittarius A* befindet sich im Zentrum unserer Galaxie, während M87* mehr als 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist.

In der Zwischenzeit arbeitet das EHT-Team daran, das Netzwerk des Teleskops zu erweitern und Upgrades vorzunehmen, die in Zukunft zu atemberaubenderen Bildern und sogar Filmen von Schwarzen Löchern führen könnten.

Das Schwarze Loch der Milchstraße hat dazu geführt, dass ein Stern aus unserer Galaxie vertrieben wurde

Die Aufnahme eines sich bewegenden Schwarzen Lochs kann zeigen, wie es sich im Laufe der Zeit verändert und was das Gas tut, wenn es das Schwarze Loch umkreist. Bowman und EHT-Mitglied Antonio Fuentes, der im Oktober als Postdoktorand zum Caltech kommen wird, entwickeln Methoden, die es ihnen ermöglichen, Bilder von Schwarzen Löchern miteinander zu verknüpfen, um diese Bewegung widerzuspiegeln.

Dieses „erste direkte Bild des sanften Riesen im Zentrum unserer Galaxie“ sei nur der Anfang, sagte Ferial Ozil, Mitglied des EHT Science Council und Professor für Astronomie und Physik sowie stellvertretender Dekan für Forschung an der University of Arizona. Pressekonferenz.

„Dieses Bild ist ein Beweis dafür, was wir erreichen können, wenn wir unsere Gedanken als globale Forschungsgemeinschaft zusammenbringen, um das scheinbar Unmögliche und Mögliche zu machen“, sagte Sithuraman Panchanathan, Direktor der National Science Foundation, in einer Erklärung. „Sprache, Kontinente und sogar die Galaxie können dem, was die Menschheit erreichen kann, nicht im Wege stehen, wenn wir uns zum gemeinsamen Wohl aller zusammenschließen.“