Teleskope haben sich für neue Beobachtungen des Schwarzen Lochs M87 zusammengetan
Im April 2019 veröffentlichten Wissenschaftler das erste Bild eines Schwarzen Lochs in der M87-Galaxie mit dem Event Horizon Telescope (EHT). Diese bemerkenswerte Leistung war jedoch nur der Anfang einer wissenschaftlichen Geschichte, die erzählt werden sollte.
Daten von 19 Observatorien, die am Vortag veröffentlicht wurden, versprechen ein beispielloses Verständnis dieses Schwarzen Lochs und des Systems, in dem es sich befindet, sowie eine Verbesserung der Tests von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie.
"Wir wussten, dass das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs revolutionär sein würde", sagt Kazuhiro Hada vom National Astronomical Observatory of Japan, Co-Autor einer neuen Studie, die in Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde und einen großen Datensatz beschreibt.
"Aber um das Beste aus diesem wunderbaren Bild herauszuholen, müssen wir alles über das damalige Verhalten des Schwarzen Lochs wissen und das gesamte elektromagnetische Spektrum beobachten."
Die enorme Anziehungskraft eines supermassiven Schwarzen Lochs kann Partikelstrahlen (Jets) in Bewegung setzen, die sich über große Entfernungen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit fortbewegen. Die M87-Jets erzeugen Licht, das das gesamte elektromagnetische Spektrum abdeckt, von Radiowellen über sichtbares Licht bis hin zu Gammastrahlen. Dieses Bild ist für jedes Schwarze Loch anders. Die Identifizierung dieses Musters bietet entscheidende Einblicke in die Eigenschaften eines Schwarzen Lochs - zum Beispiel seine Rotation und Energiefreisetzung -, ist jedoch eine Herausforderung, da sich das Muster im Laufe der Zeit ändert.
Wissenschaftler haben diese Variabilität kompensiert, indem sie Beobachtungen mit vielen der leistungsstärksten Teleskope der Welt auf der Erde und im Weltraum koordinierten und Licht aus dem gesamten Spektrum sammelten. Diese Beobachtungen im Jahr 2017 wurden zur größten simultanen Beobachtungskampagne, die jemals über einem supermassiven Schwarzen Loch durchgeführt wurde.
Beginnend mit dem legendären EHT M87-Bild nimmt das neue Video die Zuschauer mit auf eine Reise durch die Daten jedes Teleskops. Jeder sequentielle Rahmen zeigt Daten zu einer Vielzahl von Faktoren, sowohl der Lichtwellenlänge als auch der physikalischen Größe.
Die Sequenz beginnt mit einem Bild eines Schwarzen Lochs im April 2019. Es bewegt sich dann durch Bilder von anderen Radioteleskop-Arrays aus der ganzen Welt (SMA) und bewegt sich bei jedem Schritt nach außen in das Sichtfeld. Die Ansicht wechselt dann zu Teleskopen, die sichtbares Licht, ultraviolettes Licht und Röntgenstrahlen (Chandra) erfassen. Der Bildschirm wird geteilt, um zu zeigen, wie diese Bilder, die gleichzeitig denselben Bereich des Himmels abdecken, miteinander verglichen werden. Die Sequenz endet mit der Darstellung, welche Gammastrahlenteleskope auf der Erde (VERITAS) und Fermi im Weltraum in diesem Schwarzen Loch detektieren.
Jedes Teleskop liefert unterschiedliche Informationen über das Verhalten und den Einfluss des 6,5 Milliarden Schwarzen Lochs mit Sonnenmasse im Zentrum von M87, das etwa 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist.
Die Daten wurden von einem Team von 760 Wissenschaftlern und Ingenieuren aus fast 200 Institutionen in 32 Ländern oder Regionen und unter Verwendung von Observatorien gesammelt, die von Behörden und Regierungsbehörden auf der ganzen Welt finanziert wurden. Die Beobachtungen konzentrierten sich von Ende März bis Mitte April 2017.
Die ersten Ergebnisse zeigen, dass die Intensität des Lichts, das vom Material um das supermassereiche Schwarze Loch M87 erzeugt wird, die niedrigste war, die jemals beobachtet wurde. Dies schuf ideale Bedingungen für die Beobachtung des "Schattens" des Schwarzen Lochs und ermöglichte es auch, Licht aus Regionen in der Nähe des Ereignishorizonts von solchen zu isolieren, die Zehntausende von Lichtjahren vom Schwarzen Loch entfernt sind.
Die Kombination von Daten dieser Teleskope und aktuellen (und zukünftigen) Beobachtungen wird es Wissenschaftlern ermöglichen, wichtige Forschungen in einigen der wichtigsten und herausforderndsten Bereiche der Astrophysik durchzuführen. Zum Beispiel planen Wissenschaftler, diese Daten zu verwenden, um Tests von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie zu verbessern.
Gegenwärtig stellt die Unsicherheit über das Material, das das Schwarze Loch umkreist und von den Jets ausgestoßen wird, insbesondere die Eigenschaften, die das emittierte Licht bestimmen, ein ernstes Hindernis für diese Tests der allgemeinen Relativitätstheorie dar.
Riesige Jets, die von Schwarzen Löchern abgefeuert werden, wie sie in den heutigen Bildern gezeigt werden, gelten als wahrscheinlichste Quelle der kosmischen Strahlung mit der höchsten Energie, aber es gibt viele Fragen zu den Details, einschließlich der genauen Stellen, an denen sich die Partikel beschleunigen.
Da kosmische Strahlen durch ihre Kollisionen Licht erzeugen, können die Gammastrahlen mit der höchsten Energie diesen Ort lokalisieren, und neue Untersuchungen zeigen, dass diese Gammastrahlen höchstwahrscheinlich nicht in der Nähe des Ereignishorizonts erzeugt werden - zumindest nicht im Jahr 2017. ... Der Schlüssel zur Lösung dieser Debatte wird der Vergleich mit Beobachtungen aus dem Jahr 2018 und neuen Daten sein, die diese Woche gesammelt wurden.