NASA James Webb Teleskop kooperiert mit EHT zur Abbildung des supermassiven Schwarzen Lochs der Milchstraße

Auf isolierten Berggipfeln rund um den Globus warten Wissenschaftler auf das Signal, dass heute die Nacht ist. Die komplexe Koordination zwischen Dutzenden von Teleskopen am Boden und im Weltraum ist abgeschlossen, das Wetter ist klar, technische Probleme gelöst – die metaphorischen Sterne stehen günstig. Es ist Zeit, das supermassive Schwarze Loch im Herzen unserer Milchstraße zu betrachten.

„Scheduling Sudoku“ der Event Horizon Telescope Kollaboration

Dieser „Termin-Sudoku“, wie Astronomen es nennen, geschieht jeden Tag einer Beobachtungskampagne der Event Horizon Telescope (EHT) Kollaboration, und sie werden bald einen neuen Spieler berücksichtigen müssen: NASAs James Webb Space Telescope wird sich dem Vorhaben anschließen. Während Webbs erstem Beobachtungszyklus werden Astronomen seine Infrarot-Bildgebungskraft nutzen, um einige der einzigartigen und hartnäckigen Herausforderungen anzugehen, die das Schwarze Loch der Milchstraße, Sagittarius A* (Sgr A*; der Sternchen wird als „Stern“ ausgesprochen), präsentiert.

Herausforderung: Flackernde Flares

2017 nutzte EHT die kombinierte Bildgebungskraft von acht Radioteleskop-Einrichtungen weltweit, um den historischen ersten Blick auf die Region um ein supermassives Schwarzes Loch in der Galaxie M87 zu werfen. Sgr A* ist näher, aber dunkler als M87s Schwarzes Loch, und einzigartige flackernde Flares im umgebenden Material verändern das Lichtmuster stündlich – eine Herausforderung für Astronomen.

„Das supermassive Schwarze Loch unserer Galaxie ist das einzige bekannte, das diese Art von Flaring aufweist, und während das die Aufnahme eines Bildes der Region sehr schwierig gemacht hat, macht es Sagittarius A* wissenschaftlich noch interessanter“, sagte Astronom Farhad Yusef-Zadeh, Professor an der Northwestern University und Principal Investigator des Webb-Programms zur Beobachtung von Sgr A*.

Die Flares entstehen durch die vorübergehende, aber intensive Beschleunigung von Teilchen um das Schwarze Loch auf viel höhere Energien, mit entsprechender Lichtemission. Ein großer Vorteil der Beobachtung von Sgr A* mit Webb ist die Fähigkeit, Daten in zwei Infrarot-Wellenlängen (F210M und F480M) simultan und kontinuierlich vom Standort des Teleskops jenseits des Mondes zu erfassen. Webb wird eine ununterbrochene Sicht haben und Zyklen von Flaring und Ruhe beobachten, die das EHT-Team als Referenz für ihre eigenen Daten nutzen kann, was zu einem saubereren Bild führt.

Wissenschaftliche Bedeutung

Der Ursprung oder Mechanismus, der Sgr A*s Flares verursacht, ist stark umstritten. Antworten darauf, wie Sgr A*s Flares beginnen, ihren Höhepunkt erreichen und abklingen, könnten weitreichende Implikationen für die zukünftige Erforschung Schwarzer Löcher, Teilchen- und Plasmaphysik und sogar Sonnenflares haben.

Schwarze Löcher, von Albert Einstein als Teil seiner allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt, sind in gewisser Weise das Gegenteil dessen, was ihr Name impliziert – eher als leeres Loch im Raum sind Schwarze Löcher die dichtesten, am engsten gepackten Materieregionen, die bekannt sind. Das Gravitationsfeld eines Schwarzen Lochs ist so stark, dass es das Gewebe des Raums um sich selbst verformt, und jedes Material, das zu nah kommt, ist dort für immer gebunden, zusammen mit jedem Licht, das das Material emittiert. Deshalb erscheinen Schwarze Löcher „schwarz“. Jedes von Teleskopen detektierte Licht stammt nicht vom Schwarzen Loch selbst, sondern aus dem umgebenden Bereich. Wissenschaftler nennen die ultimative innere Kante dieses Lichts den Ereignishorizont, woraus die EHT-Kollaboration ihren Namen ableitet.

Das EHT-Bild von M87 war der erste direkte visuelle Beweis, dass Einsteins Schwarze-Loch-Vorhersage korrekt war. Schwarze Löcher bleiben ein Prüfstein für Einsteins Theorie, und Wissenschaftler hoffen, dass sorgfältig geplante Multiwellenlängen-Beobachtungen von Sgr A* durch EHT, Webb, Röntgen- und andere Observatorien den Fehlerbereich bei Berechnungen der allgemeinen Relativitätstheorie verringern oder vielleicht auf neue Bereiche der Physik hinweisen, die wir derzeit nicht verstehen.