Einsteins Theorie wurde 1919 bestätigt, als der britische Astronom Sir Arthur Eddington die Biegung des Sternenlichts um die Sonne während einer totalen Sonnenfinsternis maß. Und es wurde seitdem erneut bestätigt. Wie wäre es jetzt?
Endlich aus den Schatten gezogen.Bild über Event Horizon Telescope Collaboration.
Von Kevin Pimbblet, University of Hull
Schwarze Löcher sind langjährige Superstars der Science-Fiction. Aber ihr Hollywood-Ruhm ist ein wenig seltsam, da niemand jemals einen gesehen hat - zumindest bis jetzt. Wenn Sie sehen müssen, um zu glauben, dann danken Sie dem Event Horizon Telescope (EHT), das gerade das erste direkte Bild eines Schwarzen Lochs erzeugt hat. Diese erstaunliche Leistung erforderte eine weltweite Zusammenarbeit, um die Erde in ein einziges riesiges Teleskop zu verwandeln und ein Objekt darzustellen, das Tausende von Billionen von Kilometern entfernt ist.
So atemberaubend und bahnbrechend das EHT-Projekt auch ist, es geht nicht nur darum, sich einer Herausforderung zu stellen. Es ist ein beispielloser Test, ob Einsteins Vorstellungen über die Natur von Raum und Zeit unter extremen Umständen Bestand haben und wie nie zuvor die Rolle der Schwarzen Löcher im Universum untersucht wurde.
Um es kurz zu machen: Einstein hatte recht.
Das Uneinnehmbare einfangen
Ein Schwarzes Loch ist eine Raumregion, deren Masse so groß und dicht ist, dass nicht einmal Licht seiner Anziehungskraft entgehen kann. Vor dem schwarzen Hintergrund des Tintenfisches ist es nahezu unmöglich, einen zu erfassen. Aber dank Stephen Hawkings bahnbrechender Arbeit wissen wir, dass die kolossalen Massen nicht nur schwarze Abgründe sind. Sie sind nicht nur in der Lage, riesige Plasmastrahlen abzugeben, sondern ihre immense Schwerkraft zieht auch Materieströme in ihren Kern.
Wenn sich die Materie dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs nähert - dem Punkt, an dem nicht einmal Licht entweichen kann -, bildet sie eine umlaufende Scheibe. Materie in dieser Scheibe wandelt einen Teil ihrer Energie in Reibung um, wenn sie gegen andere Materieteilchen reibt. Dies erwärmt die Scheibe, so wie wir uns an einem kalten Tag die Hände wärmen, indem wir sie aneinander reiben. Je näher die Sache ist, desto größer ist die Reibung. Materie, die näher am Ereignishorizont liegt, leuchtet strahlend hell mit der Hitze von Hunderten von Sonnen. Es ist dieses Licht, das die EHT zusammen mit der „Silhouette“ des Schwarzen Lochs entdeckte.
Das Erstellen des Bildes und das Analysieren solcher Daten ist eine erstaunlich schwierige Aufgabe. Als Astronom, der Schwarze Löcher in fernen Galaxien untersucht, kann ich mir normalerweise nicht einmal einen einzigen Stern in diesen Galaxien klar vorstellen, geschweige denn das Schwarze Loch in ihren Zentren.
Das EHT-Team entschied, zwei der uns am nächsten gelegenen supermassereichsten Schwarzen Löcher zu treffen - sowohl in der großen elliptisch geformten Galaxie M87 als auch in Schütze A * im Zentrum unserer Milchstraße.
Um ein Gefühl dafür zu geben, wie schwierig diese Aufgabe ist: Während das Schwarze Loch der Milchstraße eine Masse von 4,1 Millionen Sonnen und einen Durchmesser von 60 Millionen Kilometern hat, ist es 250.614.750.218.665.392 Kilometer von der Erde entfernt - das entspricht einer Reise von London nach New York 45 Billionen mal. Wie das EHT-Team feststellt, ist es, als ob man in New York ist und versucht, die Grübchen auf einem Golfball in Los Angeles zu zählen oder sich eine Orange auf dem Mond vorzustellen.
Um etwas so Unmögliches zu fotografieren, brauchte das Team ein Teleskop, das so groß war wie die Erde. In Ermangelung einer solchen gigantischen Maschine verband das EHT-Team Teleskope aus der ganzen Welt und kombinierte deren Daten. Um ein genaues Bild in einer solchen Entfernung zu erhalten, mussten die Teleskope stabil und ihre Messwerte vollständig synchronisiert sein.
Wie die Forscher das erste Bild eines Schwarzen Lochs aufnahmen.
Um diese Herausforderung zu bewältigen, verwendete das Team Atomuhren, die so genau sind, dass sie nur eine Sekunde pro hundert Millionen Jahre verlieren. Die gesammelten 5.000 Terabyte Daten waren so groß, dass sie auf Hunderten von Festplatten gespeichert und physisch an einen Supercomputer geliefert werden mussten, der die Zeitunterschiede in den Daten korrigierte und das obige Bild erzeugte.
Allgemeine Relativitätstheorie bestätigt
Mit einem Gefühl der Aufregung schaute ich mir zum ersten Mal den Live-Stream an, der das Bild des Schwarzen Lochs aus der Mitte von M87 zeigt.
Die wichtigste anfängliche Erkenntnis ist, dass Einstein Recht hatte. Nochmal. Seine allgemeine Relativitätstheorie hat in den letzten Jahren zwei ernsthafte Tests unter den extremsten Bedingungen des Universums bestanden. Hier sagte Einsteins Theorie die Beobachtungen von M87 mit unfehlbarer Genauigkeit voraus und ist anscheinend die richtige Beschreibung der Natur von Raum, Zeit und Schwerkraft.
Die Messungen der Geschwindigkeit der Materie um das Zentrum des Schwarzen Lochs herum stimmen mit der Lichtgeschwindigkeit überein. Aus dem Bild ermittelten die EHT-Wissenschaftler, dass das Schwarze Loch M87 das 6,5-Milliarden-fache der Sonnenmasse und einen Durchmesser von 40 Milliarden km hat - das ist mehr als die 200-jährige Sonnenbahn von Neptun.
Das Schwarze Loch der Milchstraße war diesmal aufgrund der schnellen Variabilität der Lichtleistung zu schwierig, um ein genaues Bild zu erstellen. Hoffentlich werden demnächst weitere Teleskope in das EHT-Array aufgenommen, um diese faszinierenden Objekte noch klarer abzubilden. Ich habe keinen Zweifel, dass wir in naher Zukunft das dunkle Herz unserer eigenen Galaxie sehen können.
Kevin Pimbblet, Dozent für Physik an der University of Hull
Fazit: Ein Physiker erklärt, wie das Bild des Schwarzen Lochs Einsteins Relativitätstheorie unterstützt.
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