Im April 2019 schrieb die Geschichte der Zusammenarbeit mit Event Horizon Telescope Geschichte, als das erste Bild eines Schwarzen Lochs veröffentlicht wurde, das jemals aufgenommen wurde. Diese Leistung war Jahrzehnte in der Entstehung und löste einen internationalen Medienzirkus aus. Das Bild war das Ergebnis einer als Interferometrie bekannten Technik, bei der Observatorien auf der ganzen Welt das Licht ihrer Teleskope zu einem zusammengesetzten Bild kombinierten.
Dieses Bild zeigte, was Astrophysiker seit langem vorausgesagt haben, dass durch extreme Gravitationsbiegung Photonen um den Ereignishorizont fallen und zu den hellen Ringen beitragen, die sie umgeben. Letzte Woche, am 18. März, kündigte ein Forscherteam des Harvard-Smithsonian-Zentrums für Astrophysik (CfA) neue Forschungsergebnisse an, die zeigen, wie Bilder von Schwarzen Löchern eine komplizierte Substruktur in ihnen aufdecken können.
Die Studie mit dem Titel "Universelle interferometrische Signaturen des Photonenrings eines Schwarzen Lochs", die ihre Ergebnisse beschreibt, wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschritte in der Wissenschaft. Das Team wurde von Michael Johnson, einem Astrophysiker der CfA, geleitet und leitete Mitglieder der Harvard Black Hole Initiative (BHI), des Los Alamos National Laboratory, des Princeton Center for Theoretical Science und mehrerer Universitäten ein.
Wie Johnson kürzlich in einer Pressemitteilung der CfA erklärte:
„Das Bild eines Schwarzen Lochs enthält tatsächlich eine verschachtelte Reihe von Ringen. Jeder aufeinanderfolgende Ring hat ungefähr den gleichen Durchmesser, wird jedoch immer schärfer, da sein Licht das Schwarze Loch mehrmals umkreist, bevor es den Betrachter erreicht. Mit dem aktuellen EHT-Bild haben wir nur einen kleinen Einblick in die volle Komplexität erhalten, die im Bild eines Schwarzen Lochs entstehen sollte. "
Wie das Gesetz der Allgemeinen Relativitätstheorie sagt, verändern Gravitationsfelder die Krümmung der Raumzeit. Im Falle eines Schwarzen Lochs ist der Effekt extrem und führt dazu, dass sogar Licht (Photonen) um sie herum einfällt. Diese Photonen werfen einen Schatten auf den hellen Ring aus Gas und Staub, der durch die Schwerkraft des Schwarzen Lochs auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt wird.
Um diesen Schattenbereich herum befindet sich ein „Photonenring“, der aus Photonen erzeugt wird, die durch die starke Schwerkraft in der Nähe des Schwarzen Lochs konzentriert werden. Dieser Ring kann Astronomen viel über die eines Schwarzen Lochs erzählen, da seine Größe und Form die Masse und Rotation (auch bekannt als "Spin") des Schwarzen Lochs offenbaren. Aufgrund der EHT-Bilder haben Schwarzlochforscher jetzt ein Werkzeug, mit dem sie Schwarze Löcher untersuchen können.
Seit den 1950er Jahren haben Astronomen viel über sie gelernt, indem sie die Auswirkungen auf ihre Umgebung untersucht haben. Mit anderen Worten, die Untersuchung von Schwarzen Löchern war indirekter und theoretischer Natur. Mit der Fähigkeit, Bilder dieser Himmelsobjekte aufzunehmen, können Astronomen sie schließlich direkt untersuchen und reale Daten abrufen.
George Wong, ein Physikstudent an der Universität von Illinois in Urbana-Champaign, war für die Entwicklung von Software zur Erzeugung simulierter Schwarzlochbilder verantwortlich. Mit dieser Software konnten Bilder mit der bislang höchsten Auflösung berechnet und von ihrem Team in die vorhergesagten Serien von Teilbildern zerlegt werden. Wie Wong anzeigte:
„Durch die Zusammenführung von Experten aus verschiedenen Bereichen konnten wir ein theoretisches Verständnis des Photonenrings mit dem verbinden, was mit Beobachtung möglich ist. Was als klassische Bleistift-Papier-Berechnungen begann, veranlasste uns, unsere Simulationen an neue Grenzen zu bringen. “
Besonders überraschend für die Forscher war jedoch, wie die durch das Schwarzlochbild aufgedeckte Unterstruktur neue Forschungsmöglichkeiten schafft. Während die von ihnen aufgedeckten Teilringe normalerweise für das bloße Auge auf Bildern unsichtbar sind, erzeugen sie sehr klare Signale, wenn sie von Interferometrie-Arrays von Teleskopen beobachtet werden.
Dies bietet Astronomen eine relativ einfache Möglichkeit, die bisherige Arbeit der EHT-Zusammenarbeit zu erweitern. "Während für die Aufnahme von Schwarzlochbildern normalerweise viele verteilte Teleskope erforderlich sind, eignen sich die Teilringe perfekt zum Studieren mit nur zwei Teleskopen, die sehr weit voneinander entfernt sind", sagte Johnson. "Das Hinzufügen eines Weltraumteleskops zum EHT würde ausreichen."
Die Bereiche Astronomie und Astrophysik haben in den letzten Jahren mehrere Revolutionen erlebt. Zwischen den ersten Beobachtungen interstellarer Objekte, der Bestätigung von Gravitationswellen und den ersten direkten Beobachtungen eines Schwarzen Lochs. Diese Ersten haben Forschungen ermöglicht, die versprechen, eine Reihe von beständigen Rätseln über den Kosmos zu entschlüsseln.
Die Forschung des Teams wurde teilweise durch Zuschüsse der NASA, der National Science Foundation (NSF), des Energieministeriums (DoE) und mehrerer wissenschaftlicher und Forschungsstiftungen ermöglicht.
