Ein Blick in den Schlund des Monsters

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Messier 87

  • Der Virgo-Galaxienhaufen … etwa 2000 einzelne Galaxien, Entfernung 65 Millionen Lichtjahre.
  • Die Galaxie Messier 87 … gravitatives Zentrum des Virgo-Haufens, größte Galaxie hierin, etwa 2,4×10^12 Sonnenmassen, Entfernung 55 Millionen Lichtjahre.
  • Der Jet von M87 … reicht mindestens 5000 Lichtjahre ins All, versursacht durch ein supermassives Schwarzes Loch.

M87 mit seinem 5.000 LJ ins All reichenden Jet (HST)

EHT

In dieses Schwarze Loch wollten Menschen hineinschauen … seit den 2000er Jahren untersuchte man die Möglichkeit des Zusammenschaltens mehrerer Radioteleskope um die Winkelauflösung zu maximieren. Ab etwa 2012 konkretisierte sich die Planung in das „Event Horizons Telescope“- Projekt (EHT). Nach Überwindung technischer Probleme (hochgenaue Atomuhren, Berücksichtigung der Erddrehung und unterschiedlicher Distanzen zu den Observatorien) begannen die Beobachtungen 2017 im mm-Wellenlängenbereich (1,3 mm / 230 GHz) mit einem Teleskop das eine rechnerische Apertur von globalem Maß (ca. 11.000 km) aufweist und eine Auflösung von 20 Mikro-Bogensekunden erreicht – das ist der 5-milliardste Teil eines Winkelgrades (Faktor 0,000 000 005) und entspricht dem Lesen einer Zeitung in New York von Berlin aus oder einem Tennisball auf dem Mond!

An vier Tagen im April 2017 (5., 6., 10. und 11. April 2017) wurde die Beobachtung des innersten der Galaxie durchgeführt – das Schwarze Loch sollte sein wahres Gesicht zeigen.

Globale Anordnung der Observatorien des EHT

An der Beobachtung beteiligt waren:

  • Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), Chile
  • Atacama Pathfinder Experiment (APEX), Chile
  • Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Mexiko
  • Submillimeter Telescope (SMT), USA, AZ
  • Caltech Submillimeter Observatory (CSO), USA, HI
  • James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), USA, HI
  • IRAM 30-meter telescope, Spanien
  • South Pole Telescope (SPT), Antarktis, Südpol

Datenauswertung

Die Datenmenge, die während der 4 Beobachtungstage angefallen ist, beträgt 350 Terabyte pro Teleskop pro Tag, was in der Summe so an die 11.000 Terabyte sind – etwa 6 Kubikmeter an Festplatten, die zur Auswertung an zwei sogenannte Korrelatoren übergeben werden. Dies sind spezielle Hochleistungsrechner, die die Daten der einzelnen Beobachtungen höchstgenau überlagern (korrelieren). Dieser Vorgang entspricht in etwa dem, was der Amateurastronom unter dem Begriff „stacken“ seiner Digitalaufnahmen versteht. Dieses „stacken“ erfolgte am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn und am MIT-Haystack-Observatorium in den USA, MA.

Schematische Darstellung des Korrellierens der angefallenen EHT-Daten

Festplatteneinschub – ein kleiner Teil der 6 Kubikmeter

Dieser Vorgang dauert … nicht nur wegen der ungeheuren Datenmenge, sondern auch etwa deshalb, weil der Transport der Festplatten vom Südpol erst erfolgen kann, wenn das Wetter im antarktischen Sommer dies zulässt. Dann müssen die Ergebnisse noch geprüft werden, etwaige Fehlerquellen ausgeschossen werden, bevor irgendjemand auch nur in Erwägung zieht, damit an die Öffentlichkeit zu gehen. Und so dauerte es fast 2 Jahre, bis der Blick in den größten Schlund, den die Menschheit je gesehen hat, möglich wird.

Das Schwarze Loch

Am 10.04.2019 veröffentlichten die Projektbeteiligten die erste Aufnahme eines Schwarzen Loches, zusammen mit den entsprechenden Daten ein beeindruckendes visuelles Ergebnis:

  • etwa 6.6 Milliarden Sonnenmassen
  • Schwarzschildradius 20 Milliarden Kilometer (Umlaufbahn Uranus)
  • zu sehen ist der Schatten des Schwarzen Lochs (etwa 100 Milliarden Kilometer)

NASA-APOD vom 27.04.19 – The Galaxy, the Jet an the Black Hole

An dieser Stelle zur Verdeutlichung der physikalischen Phänomene zwei Zitate des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (https://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2019/4): Schwarze Löcher stellen extreme kosmische Objekte dar, die eine unglaubliche Gesamtmasse innerhalb eines winzigen Bereichs umfassen. Die Existenz eines solchen Objekts beeinflusst seine direkte Umgebung in extremer Weise; sie führt zu einer starken Krümmung der Raumzeit sowie zur Aufheizung des umgebenden Materials, bis es anfängt zu leuchten. Die allgemeine Relativitätstheorie sagt nun voraus, dass die aufgeheizte Materie den stark gekrümmten Bereich der Raumzeit ausleuchtet und damit zum Auftreten eines dunklen Schattens führt.

“Sobald es in eine hell leuchtende Umgebung wie z.B. eine glühende Gasscheibe eingebettet ist, erwarten wir von einem schwarzen Loch, dass es eine dunkle Region ähnlich wie ein Schatten erzeugt – ein Effekt, der von Einsteins Relativitätstheorie vorhergesagt wurde, den wir bisher aber noch nie beobachten konnten”, sagt der Vorsitzende des EHT-Wissenschaftsrats, Heino Falcke, von der Radboud-Universität in Nijmegen/Niederlande.

Ein Blick in den Schlund des Monsters – zu sehen ist der Schatten, darin eingebettet das Schwarze Loch selbst (ca. ein fünftel des dunklen Bereiches im Inneren)

Erkenntnisse

Abschließend kann man durchaus sagen, dass diese auf den ersten Blick unscheinbare Aufnahme zusammen mit den physikalischen Daten tatsächlich einen höchst beeindruckenden Blick in die physikalischen Tiefen dieses Universums bietet. Und übrigens: Wieder hatte Albert Einstein Recht – er sagte in seinen Arbeiten bereits vor über 100 Jahren genau dieses Phänomen voraus.

Quellen/Bildquellen:

  • http://www.astrotreff.de
  • https://eventhorizontelescope.org
  • https://www.eso.org/public/germany/news/eso1907/
  • https://de.wikipedia.org/wiki/Event_Horizon_Telescope
  • https://www.heise.de
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Event_Horizon_Telescope