Ein Bild des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße, ein Ungetüm mit dem Namen Sagittarius A*, das vom Event Horizon Telescope am 12. Mai 2022 enthüllt wurde (Bildnachweis: Event Horizon Telescope collaboration)
Wie sieht das supermassive schwarze Loch aus, das im Zentrum unserer Galaxie lauert?Eine täuschend einfache Frage.
Obwohl unser lokaler kosmischer Abgrund mit dem Namen Sgr A* (kurz für Sagittarius A*) nur 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt ist, hat er sich als ein sehr schwer abzubildendes Objekt erwiesen. Das liegt zum Teil daran, dass das Material mit nahezu Lichtgeschwindigkeit um ihn herumfliegt. Nach jahrelangen Versuchen gelang es den Wissenschaftlern des Event Horizon Telescope (EHT)-Projekts jedoch im Jahr 2022, die Silhouette des Schwarzen Lochs aus dem Schatten zu heben, die wie ein unscharfer orangefarbener Donut aussieht.
Eine unabhängige Analyse der EHT-Daten deutet nun darauf hin, dass ein Teil des Donut-ähnlichen Aussehens des Bildes ein Artefakt sein könnte, das auf die Art und Weise zurückzuführen ist, wie es zusammengesetzt wurde. Diese Entdeckung verdanken wir einem Trio von Wissenschaftlern des National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ).
Die ringförmige Struktur, die in Wirklichkeit intensive Radiowellen darstellt, die von der brillanten Gasscheibe, der so genannten „Akkretionsscheibe“, die um das Schwarze Loch herumwirbelt, ausgestoßen werden, könnte tatsächlich länglicher sein, als es den Anschein hat, argumentieren die Forscher.
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„Kein Teleskop kann ein astronomisches Bild perfekt einfangen“, sagte Makoto Miyoshi vom NAOJ, der die jüngste Analyse der EHT-Daten leitete, kürzlich in einer Erklärung. „Wir stellen die Hypothese auf, dass das Ringbild durch Fehler bei der Bildanalyse des EHT entstanden ist und dass ein Teil davon ein Artefakt ist und nicht die eigentliche astronomische Struktur.“
Das EHT-Konsortium hat sich bisher noch nicht offiziell zu dem Thema geäußert.
Mehr als 400 Forscher aus 13 Institutionen, darunter das NAOJ, bilden das internationale Konsortium des EHT, das ein wachsendes Netzwerk von Teleskopen auf der ganzen Welt betreibt, um ein virtuelles Teleskop in Erdgröße zu bilden, das eine Technik namens Very Long Baseline Interferometry verwendet. Zwei EHT-Wissenschaftler weisen in einem Interview aus dem Jahr 2022 darauf hin, dass Datenlücken zu erwarten sind, da das EHT nur acht Teleskope an sechs Standorten auf der ganzen Welt betreibt.
Katie Bouman, Assistenzprofessorin am California Institute of Technology, vergleicht die begrenzten Informationen, die gesammelt werden, mit dem „Hören eines Liedes auf einem Klavier, bei dem viele Tasten fehlen“.
Das EHT-Projekt ging 2019 in die Geschichte ein, als es das allererste Bild eines Schwarzen Lochs enthüllte und damit einen technologischen Durchbruch erzielte, der die Silhouette des schwer fassbaren kosmischen Wesens im Herzen der Galaxie M87 ans Licht brachte.
Das Projekt nahm gleichzeitig Sgr A* unter die Lupe, das sich als schwierig darzustellen erwies, da es 1.600 Mal leichter ist als das Ungetüm M87, was bedeutet, dass Material, das Wochen braucht, um M87* zu umrunden, innerhalb von Minuten um Sgr A* herumfliegt.
„Sgr A* ist wie ein Kleinkind, das nicht stillstehen kann, während wir es im Laufe einer Nacht fotografieren“, sagte Bouman in der Pressemitteilung von 2022, in der die Bemühungen der Wissenschaftler um die Abbildung der beiden schwarzen Löcher beschrieben werden.
Die Aufgabe wurde durch dicke Staub- und Gaswolken erschwert, die zwischen der Erde und dem galaktischen Zentrum schwebten und die Radiosignale von Sgr A* verzerrten und verwischten, fügte sie hinzu. Daher verwendete die EHT-Kollaboration spezielle Computeralgorithmen, die die durch die weit voneinander entfernten Teleskope verursachten Datenlücken auffüllen konnten. Daraus rekonstruierte das Team das Bild vor dem durch das turbulente Gas verursachten Chaos.
„Jeder Algorithmus hat seine eigene Methode, um zu bestimmen, welches Bild am wahrscheinlichsten ist“, sagt Bouman. „Es ist ein bisschen so, als würde man Sherlock Holmes, Hercule Poirot, Jane Marple und Jules Maigret gleichzeitig anheuern, um zu sehen, was sie gemeinsam herausfinden und was nicht.“
Auf der Grundlage von Tausenden von Bildern, die aufzeichneten, wie sich das Erscheinungsbild des Schwarzen Lochs über mehrere Beobachtungsnächte hinweg veränderte, zeigte die überwiegende Mehrheit der Computersimulationen einen hellen Lichtring, der so groß war wie die Umlaufbahn des Merkurs, was mit den Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein übereinstimmt.
In der neuen Studie argumentieren Miyoshi und Kollegen, dass diese ringförmige Struktur ein Artefakt ist, das durch die holprige Point-Spread-Funktion (PSF) verursacht wird, die sich auf die Art und Weise bezieht, wie ein Bildgebungssystem das Ausmaß der Unschärfe misst, das durch Datenlücken entsteht.
Die Forscher wandten auf die EHT-Daten „weit verbreitete traditionelle“ Analysemethoden an, die sich von der ursprünglichen Analysemethode des EHT unterscheiden. Die Ergebnisse zeigten, dass die Akkretionsscheibe in Ost-West-Richtung leicht verlängert ist, schreibt das Team in seiner Arbeit, die in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht wurde.
(Bildnachweis: Miyoshi et al.)
Das neue Bild zeigt auch, dass die östliche Hälfte der Scheibe heller ist als die westliche, was die Forscher als Dopplerverstärkung interpretieren, was bedeutet, dass sich die Ostseite auf uns zu bewegt.
„Wir glauben, dass diese Erscheinung bedeutet, dass die Akkretionsscheibe, die das Schwarze Loch umgibt, mit etwa 60% der Lichtgeschwindigkeit rotiert“, so Miyoshi.
Für den Moment könnten beide Ansichten über die tatsächliche Form der Scheibe richtig sein. Astronomen sagen, dass kommende technologische Verbesserungen der Teleskope es ihnen ermöglichen werden, detailliertere Bilder zu sammeln und das Gebiet um Sgr A* und andere schwarze Löcher besser einzugrenzen.
Die Arbeit über diese Ergebnisse wurde dieses Jahr in der Zeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.
