Ein zweites Bild von M87*, dem ersten schwarzen Loch, das von der Menschheit gesehen wurde, wie es im April 2018 erschien (Bildnachweis: EHT Collaboration)
Das zweite Bild des ersten schwarzen Lochs, das jemals von der Menschheit fotografiert wurde, zeigt, dass sein Schatten auch nach einem Jahr noch vorhanden ist.
Das neu veröffentlichte Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Galaxie Messier 87 (M87) wurde vom Event Horizon Telescope (EHT) am 21. April 2018 aufgenommen, ein Jahr und 10 Tage nach der ersten Aufnahme.
Genau wie auf dem Bild vom April 2017 zeigt dieses zweite Bild des supermassereichen Schwarzen Lochs, das als M87* bekannt ist, einen glühenden goldenen Ring, der die Materie darstellt, die um das Schwarze Loch herum auf extreme Temperaturen erhitzt wird. In der Mitte dieses Rings befindet sich ein dunkler Schatten, wie von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie von 1915 vorhergesagt.
„Eine grundlegende Voraussetzung für die Wissenschaft ist die Reproduzierbarkeit von Ergebnissen“, sagte Keiichi Asada, wissenschaftlicher Mitarbeiter des Academia Sinica Institute for Astronomy and Astrophysics, in einer Erklärung. „Die Bestätigung des Rings in einem völlig neuen Datensatz ist ein großer Meilenstein für unsere Zusammenarbeit und ein starker Hinweis darauf, dass wir einen Schatten des Schwarzen Lochs und das Material, das es umkreist, betrachten.“
Das neue Bild dieses supermassereichen Schwarzen Lochs bestätigt die Richtigkeit dieser Gravitationstheorie, die vorhersagt, dass die Breite von M87* gleich bleiben sollte, solange sich seine Masse nicht signifikant ändert, und damit bestätigt, dass der Radius eines Schwarzen Lochs tatsächlich mit seiner Masse zusammenhängt.
Das Bild bestätigt auch, dass einige Veränderungen in der Helligkeit der Scheibe aufgetreten sind, die mit den Turbulenzen in der Materie um das Schwarze Loch herum zusammenhängen und ihm allmählich zugeführt werden.
Inhaltsübersicht
M87* in den Jahren 2017 und 2018: Was sich geändert hat und was gleich geblieben ist
Das 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernte supermassive Schwarze Loch M87* im Herzen der Galaxie M87 hat eine Masse, die etwa 6,5 Milliarden Sonnen entspricht.
M87* treibt den hellen, aktiven galaktischen Kern (AGN) im Herzen der elliptischen Galaxie an, während es sich allmählich von der umgebenden Materie ernährt und das, was es nicht verbraucht, mit starken Magnetfeldern aufheizt, die das Material zu seinen Polen leiten, bevor es mit nahezu Lichtgeschwindigkeit hinausgeschleudert wird.
M87* hat Geschichte geschrieben, als es am 11. April 2017 erstmals vom EHT abgebildet wurde. Weitere Datenanalysen des EHT-Bildes von M87* zeigten, wie das Licht um das Schwarze Loch herum polarisiert war, was Hinweise auf die Struktur der Magnetfelder des Jets und die Beschaffenheit des erhitzten Gases oder Plasmas, das das supermassive Schwarze Loch umgibt, lieferte.
Die Bilder von M87* aus den Jahren 2017 und 2018 sind bemerkenswert ähnlich, wobei die hellen Ringe um das supermassereiche Schwarze Loch die gleiche Größe haben.
Dies ist eine wichtige Beobachtung, denn sie zeigt, dass sich die Masse dieses supermassereichen Schwarzen Lochs nicht wesentlich verändert hat, ebenso wenig wie der Durchmesser seiner äußeren Schicht, der Licht einfangenden Oberfläche, die als Ereignishorizont bezeichnet wird und als äußere Begrenzung des Schwarzen Lochs dient. Damit wird die aus der allgemeinen Relativitätstheorie abgeleitete Vermutung bestätigt, dass der Durchmesser eines Schwarzen Lochs von seiner Masse abhängt.
„Eine der bemerkenswerten Eigenschaften eines Schwarzen Lochs ist, dass sein Radius stark von einer einzigen Größe abhängt: Seiner Masse“, sagte die Wissenschaftlerin Nitika Yadlapalli Yurk vom NASA Jet Propulsion Laboratory. „Da M87* kein Material akkretiert (was seine Masse erhöhen würde), sagt uns die allgemeine Relativitätstheorie, dass sein Radius im Laufe der Menschheitsgeschichte ziemlich unverändert bleiben wird. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass das Schwarze Loch M87* nicht schnell genug Materie anreichert, als dass sich sein Wachstum im Laufe eines Menschenlebens bemerkbar machen würde, und dieses neue Bild bestätigt dies.
Nacheinandervergleiche von M87* in den Jahren 2017 und 2018 zeigen, wie sich der helle Fleck im Materiering um das Schwarze Loch verschoben hat (Bildnachweis: EHT Collaboration)
Das bedeutet jedoch nicht, dass sich bei M87* zwischen den beiden EHT-Nahaufnahmen nichts verändert hat. Auf dem neuen Bild hat sich die hellste Spitze des Rings um das Schwarze Loch um 30 Grad gegen den Uhrzeigersinn verschoben. Dies ist etwas, das das EHT-Team erwartet hatte und das die Variabilität der turbulenten Materie um das Schwarze Loch bestätigt.
„Die größte Veränderung, dass sich die Helligkeitsspitze um den Ring herum verschoben hat, haben wir bereits bei der Veröffentlichung der ersten Ergebnisse im Jahr 2019 vorhergesagt“, sagt Britt Jeter, Postdoktorandin am Academia Sinica Institute for Astronomy. „Während die allgemeine Relativitätstheorie besagt, dass die Größe des Rings ziemlich konstant bleiben sollte, wird die Emission der turbulenten, chaotischen Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch dazu führen, dass der hellste Teil des Rings um ein gemeinsames Zentrum wackelt. „Das Ausmaß des Wackelns, das wir im Laufe der Zeit sehen, können wir nutzen, um unsere Theorien für das Magnetfeld und die Plasmaumgebung um das Schwarze Loch zu testen.“
Wie geht es weiter mit dem supermassiven schwarzen Loch M87*?
Das erste Bild von M87* und die eingehende Analyse der Daten, die zu seiner Erstellung verwendet wurden, leiteten eine neue Ära der Erforschung Schwarzer Löcher ein und gaben den Wissenschaftlern ein neues Laboratorium, in dem sie die allgemeine Relativitätstheorie testen konnten.
Der nächste Schritt in diesen Untersuchungen war die Sammlung wiederholter Beobachtungen dieses supermassereichen Schwarzen Lochs, wobei dieses neue Bild die erste Verwendung von Daten darstellt, die nach 2017 vom EHT von M87* gesammelt wurden.
Das EHT erhielt 2018 Unterstützung bei der Erfassung neuer und verbesserter Bilder von M87*, als das Grönland-Teleskop fünf Monate nach seiner Fertigstellung am Polarkreis zu den anderen Antennen des Arrays stieß, aus denen dieses erdgroße Teleskop besteht. Dies verbesserte die Bildtreue des EHT und seine Abdeckung des Himmels, insbesondere in Richtung Norden und Süden.
Durch die wiederholten Beobachtungen von M87* konnte das EHT auch dazu genutzt werden, neueste Entwicklungen in der astronomischen Technik der Hochfrequenz-Radiointerferometrie sowie unabhängige Abbildungs- und Modellierungstechniken zu testen.
„Die Aufnahme des Grönland-Teleskops in unser Array füllte kritische Lücken in unserem erdgroßen Teleskop“, sagte Rohan Dahale, Doktorand am Instituto de Astrofísica de Andalucía. „Die Aufnahme des Grönland-Teleskops in unser Array füllte kritische Lücken in unserem erdgroßen Teleskop.“
Das EHT setzte die Beobachtung von M87* nach 2018 fort, wobei weitere Beobachtungen in den Jahren 2021 und 2022 durchgeführt werden und die nächste Beobachtung von M87* durch das EHT für die erste Hälfte dieses Jahres geplant ist.
Eine Sache, die die Astronomen bei den Beobachtungen nach 2018 zu sehen hoffen, ist der Materialstrahl, der aus M87* austritt, etwas, das das EHT-Array vor 6 Jahren nicht gut genug erkennen konnte.
„Die Beobachtungen in den Jahren 2021, 2022 und 2024 zeigen Verbesserungen des Arrays, die unseren Enthusiasmus verstärken, die Grenzen der Astrophysik Schwarzer Löcher zu erweitern“, schloss Dahale.
Die Forschungsergebnisse des Teams und die neuen Bilder von M87* werden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.
