EHT löst den zentralen Jet des Schwarzen Lochs in Cen A auf

Das Event Horizon Telescope (EHT) zeigt einen Bildausschnitt eines Schwarzen Lochs in Centaurus A, der am Himmel die Winkelgröße eines Golfballs auf dem Mond einnimmt.

Bildcredit: Universität Radboud; CSIRO/ATNF/I.Feain et al., R.Morganti et al., N.Junkes et al.; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; TANAMI/C. Mueller et al.; EHT/M. Janssen et al.

Beschreibung: Wie schaffen sehr massereiche Schwarze Löcher mächtige Strahlen? Um das herauszufinden, bildete das Event Horizon Telescope (EHT) das Zentrum der nahen aktiven Galaxie Centaurus A ab. Die Kaskade der eingefügten Bilder zeigt Cen A in einem großen Bildausschnitt, der mehr vom Himmel zeigt als viele Monde bis hin zum kleinsten, der einen Himmelsausschnitt von der Größe eines Golfballs auf dem Mond zeigt.

Das neue Bild zeigt etwas, das wie zwei Strahlen aussieht – aber eigentlich sind es zwei Seiten eines einzigen Strahls. Diese neu entdeckte Aufhellung des Strahlenrandes ist keine Lösung für das Rätsel der Entstehung der Strahlen, legt jedoch nahe, dass der Teilchenfluss durch einen starken Druck begrenzt wird – vielleicht durch ein Magnetfeld.

Das EHT ist eine Kooperation von Radioteleskopen auf der ganzen Welt – beteiligt sind unter anderem das Caltech-Submillimeter-Observatorium auf Hawaii in den USA, ALMA in Chile, NOEMA in Frankreich und weitere. Das EHT beobachtet weiterhin massereiche Schwarze Löcher in der Nähe sowie ihre energiereiche Umgebung.

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Die Galaxie, der Strahl und das berühmte Schwarze Loch

Die elliptische Galaxie Messier 87 (M87) im Sternbild Jungfrau enthält das sehr massereiche Schwarze Loch, das vom Event Horizon Telescope abgebildet wurde.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, Event Horizon Telescope Collaboration

Beschreibung: Die helle elliptische Galaxie Messier 87 (M87) enthält das sehr massereiche Schwarze Loch, das auf dem allerersten je gemachten Bild eines Schwarzen Lochs vom Event Horizon Telescope auf der Erde abgebildet wurde. Die etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernte M87 ist ein Riese im Virgo-Galaxienhaufen. Die große Galaxie wurde auf diesem Infrarotbild des Weltraumteleskops Spitzer in blauen Farbtönen gerendert. M87 erscheint großteils strukturlos und wolkig, doch das Spitzer-Bild zeigt Tetails der relativistischen Strahlen auf, die aus der Zentralregion der Galaxie schießen.

Die Strahlen, die rechts oben im Einschub zu sehen sind, sind Tausende Lichtjahre lang. Der hellere Strahl rechts kommt auf uns zu und verläuft in der Nähe unserer Sichtlinie. Gegenüber bringt die Erschütterung, die durch einen an sich unsichtbaren Strahl entsteht, der sich von uns entfernt, einen blasseren Materiebogen zum Leuchten.

Rechts unten im Einschub seht ihr im Kontext das historische Bild des Schwarzen Lochs im Zentrum der Riesengalaxie und der relativistischen Strahlen. Im Spitzer-Bild ist das sehr massereiche Schwarze Loch in keiner Weise aufgelöst, es ist von einfallender Materie umgeben, diese ist die Quelle der gewaltigen Energie für die relativistischen Strahlen, die aus dem Zentrum der aktiven Galaxie M87 strömen.

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Wenn Schwarze Löcher kollidieren


Videocredit und -rechte: Simulating Extreme Spacetimes Collaboration

Beschreibung: Was passiert, wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren? Dieses extreme Szenario passiert in den Zentren vieler verschmelzender Galaxien und in Mehrfachsternsystemen. Dieses Video zeigt eine Computeranimation der Endphase so einer Verschmelzung und veranschaulicht die Gravitationslinseneffekte, die am Sternenfeld im Hintergrund auftreten würden.

Die schwarzen Regionen markieren die Ereignishorizonte des dynamischen Duos, während ein darum herum verlaufender Ring aus sich verschiebenden Hintergrundsternen die Position ihres gemeinsamen Einsteinrings anzeigt. Von allen Hintergrundsternen sind Bilder nicht nur außerhalb dieses Einsteinrings sichtbar, sondern jeweils auch ein oder mehrere Begleitbilder im Inneren.

Am Ende verschmelzen die beiden Schwarzen Löcher. Heute wissen wir, dass das Endstadium so einer Verschmelzung heftige Gravitationsstrahlung erzeugt, die eine neue Sichtweise auf unser Universum bietet.

Diese Woche ist Schwarze-Löcher-Woche der NASA

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Das Schwarze Loch im Zentrum von M87 in polarisiertem Licht

Die gemessene Richtung der Eigenrotation (Polarisation) von Radiowellen, die durch das starke Magnetfeld entsteht, welches das extrem massereiche Schwarze Loch in der elliptischen Galaxie M87 umgibt.

Bildcredit: Event Horizon Telescope Collaboration; Text: Jayanne English (U. Manitoba)

Beschreibung: Um es mit Carl Sagans berühmten Worten zu sagen: „Wenn du Strahlen aus Schwarzen Löchern strömen lassen willst, musst du erst Magnetfelder erzeugen.“ Dieses Bild zeigt die gemessene Richtung der Eigenrotation (Polarisation) von Radiowellen. Die Polarisation entsteht durch das starke Magnetfeld, welches das extrem massereiche Schwarze Loch im Zentrum der elliptischen Galaxie M87 umgibt.

Die Radiowellen wurden vom Event Horizon Telescope (EHT) detektiert, welches Daten von weltweit verteilten Radioteleskopen zusammenführt. Die Polarisationsstruktur wurde mithilfe computergenerierter Flusslinien kartiert und überlagert das berühmte EHT-Bild des Schwarzen Lochs, das 2019 veröffentlicht wurde.

Das vollständige dreidimensionale Magnetfeld ist komplex. Vorläufige Analysen zeigen, dass Teile des Feldes wie erwartet mit der sich ansammelnden Materie um das Schwarze Loch kreisen. Doch eine andere Komponente scheint sich vertikal vom Schwarzen Loch wegzubewegen. Diese Komponente könnte erklären, warum die Materie nicht in das Loch fällt, sondern in den Strahl von M87 geschleudert wird.

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Der Virgo-Galaxienhaufen

Die Galaxien des Virgo-Galaxienhaufens mit M64, M86, M87 und Markarjans Augen.

Bildcredit und Bildrechte: Fernando Pena

Beschreibung: Die Galaxien des Virgohaufens sind über dieses detailreiche Teleskopsichtfeld verstreut. Die kosmische Szene wurde am dunklen Himmel in der Nähe von Jalisco in Mexiko auf dem Planeten Erde fotografiert. Sie ist ungefähr drei Vollmonde breit.

Der Virgohaufen ist etwa 50 Millionen Lichtjahre entfernt, er ist der nächstgelegene große Galaxienhaufen in der Umgebung unserer Lokalen Gruppe. Virgos helle elliptische Galaxien des Messierkatalogs treten markant hervor: Links oben M87, rechts unter der Mitte M84 (unten) und darüber M86.

M84 und M86 gehören auch zu Markarjans Galaxienkette, einer visuell auffälligen, senkrechten Galaxienkette auf der rechten Seite des Bildes. In der Nähe der Kettenmitte liegt ein faszinierendes, miteinander wechselwirkendes Galaxienpaar: NGC 4438 und NGC 4435. Manche kennen die beiden als Markarjans Augen.

Die riesige elliptische Galaxie M87 ist die markanteste im Virgohaufen. Sie enthält ein sehr massereiches Schwarzes Loch. Es ist das erste Schwarze Loch, das je vom Event Horizon Telescope auf dem Planeten Erde abgebildet wurde.

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Visualisierung: Schwarzes Loch mit Akkumulationsscheibe


Visualisierungscredit: Goddard-Raumfahrtzentrum der NASA, Jeremy Schnittman

Beschreibung: Wie sieht es aus, wenn man ein schwarzes Loch umkreist? Wenn das schwarze Loch von einer wirbelnden Scheibe aus leuchtendem Gas, das sich ansammelt, umgeben ist, lenkt die gewaltige Gravitation des schwarzen Lochs das Licht ab, das die Scheibe ausstrahlt. Dadurch sieht sie sehr ungewöhnlich aus. Diese Videoanimation visualisiert das.

Das Video beginnt mit der Beobachterin, die von knapp über der Ebene der Akkretionsscheibe auf das schwarzen Lochs blickt. Um das zentrale schwarze Loch herum verläuft ein dünnes, rundes Bild der umgebenden Scheibe, es markiert die Position der Photonensphäre – in deren Inneren der Ereignishorizont des schwarzen Lochs liegt.

Teile des großen Hauptbildes der Scheibe auf der linken Seite erscheinen heller, während sie sich auf euch zubewegen. Während das Video weiterläuft, fliegt ihr über das schwarze Loch und schaut von oben hinunter. Dann durchquert ihr die Scheibenebene am anderen Ende und kommt zum ursprünglichen Aussichtspunkt zurück. Die Akkretionsscheibe erzeugt einige interessante Bildumkehrungen, doch sie wirkt niemals flach.

Visualisierungen wie diese sind heute besonders interessant, weil das Event Horizon Telescope schwarze Löcher so detailreich wie nie zuvor abbildet.

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Das Galaktische Zentrum von Radio bis Röntgen

Sgr A*, das Zentrum unserer Galaxis mit einem Schwarzen Loch, leuchtet in jeder Art von Licht; Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Röntgen: NASA, CXC, UMass, D. Wang et al.; Radio: NRF, SARAO, MeerKAT

Beschreibung: Auf wie viele Arten leuchtet das Zentrum unserer Galaxis? Diese rätselhafte Region, etwa 26.000 Lichtjahre entfernt ist und im Sternbild Schütze (Sagittarius) liegt, leuchtet in jeder Art von Licht, die wir sehen können.

Für dieses Bild wurde mit dem Röntgenobservatorium Chandra der NASA im Erdorbit energiereiche Röntgenstrahlung abgebildet, diese erscheint in Grün und Blau. Die rot gefärbte Abbildung der energiearmen Radiostrahlung stammt von der Teleskopanordnung MeerKAT des SARAO, die auf der Erde stationiert ist. Rechts neben der farbenfrohen Zentralregion liegt Sagittarius A (Sgr A), eine starke Radioquelle, die sich an derselben Stelle befindet wie Sgr A*, das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxis.

Heißes Gas, das Sgr A* umgibt, sowie eine Reihe parallel verlaufender Radiofilamente, die als der „Bogen“ bezeichnet werden, sind links neben der Bildmitte zu sehen. Weiters verlaufen im Bild zahlreiche ungewöhnliche einzelne Radiofilamente. Viele Sterne kreisen in und um Sgr A*, außerdem zahlreiche kleine Schwarze Löcher und dichte Sternkerne, die als Neutronensterne und Weiße Zwerge bekannt sind. Das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße wird gegenwärtig vom Event Horizon Telescope abgebildet.

Aktivitäten: NASA-Wissenschaft zu Hause
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Die Galaxie, der Strahl und das Schwarze Loch

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, Event Horizon Telescope Collaboration

Beschreibung: Die helle elliptische Galaxie Messier 87 (M87) enthält das sehr massereiche Schwarze Loch auf dem historischen ersten Bild eines Schwarzen Lochs, das vom Event Horizon Telescope auf dem Planeten Erde aufgenommen wurde. M87 ist eine Riesin im etwa 55 Millionen Lichtjahre entfernten Virgo-Galaxienhaufen. Die große Galaxie wurde auf diesem Infrarotbild des Weltraumteleskops Spitzer in blauen Farbtönen gerendert.

M87 erscheint fast strukturlos und wolkenartig, doch das Spitzer-Bild zeigt Details der relativistischen Jets, die aus der Zentralregion der Galaxie schießen. Die Strahlen im Einschub rechts oben sind Tausende Lichtjahre lang. Der hellere Strahl rechts strömt in unsere Richtung und liegt in der Nähe unserer Sichtlinie. Gegenüber erzeugt ein unsichtbarer fortströmender Strahl eine Erschütterung, welche einen blassen Materiebogen beleuchtet.

Der Einschub rechts unten zeigt das historische Bild des Schwarzen Lochs, das sich im Zentrum der riesigen Galaxie und der relativistischen Strahlen befindet. Das sehr massereiche Schwarze Loch ist im Spitzer-Bild völlig unaufgelöst, es ist von einfallender Materie umgeben und liefert die gewaltige Energie, welche die relativistischen Strahlen aus dem Zentrum der aktiven Galaxie M87 treibt.

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Simulation: Zwei Schwarze Löcher verschmelzen


Simulationscredit: Simulating eXtreme Spacetimes Project

Beschreibung: Lehnen Sie sich zurück und beobachten Sie, wie zwei Schwarze Löcher verschmelzen. Dieses Simulationsvideo entstand nach der ersten direkten Entdeckung von Gravitationswellen im Jahr 2015. Es läuft in Zeitlupe und würde in Echtzeit ungefähr eine Drittelsekunde dauern.

Die Schwarzen Löcher posieren auf einer kosmischen Bühne vor Sternen, Gas und Staub. Ihre extreme Gravitation bricht das Licht von dahinter zu Einsteinringen, während sie sich einander auf spiralförmigen Bahnen nähern und schließlich verschmelzen. Durch die an sich unsichtbaren Gravitationswellen, die beim blitzartigen Verschmelzen der massereichen Objekte entstehen, plätschert und schwappt das sichtbare Bild innerhalb und außerhalb der Einsteinringe, sogar noch nachdem die Schwarzen Löcher verschmolzen sind.

Die von LIGO entdeckten Gravitationswellen werden als GW150914 bezeichnet, sie entsprechen der Verschmelzung Schwarzer Löcher mit 36 und 31 Sonnenmassen in einer Entfernung von 1,3 Milliarden Lichtjahren. Das finale einzelne Schwarze Loch besitzt 63 Sonnenmassen, wobei die übrigen 3 Sonnenmassen in Energie umgewandelt wurden, und zwar in Form von Gravitationswellen. Seit damals meldeten die LIGO– und VIRGO-Gravitationswellen-Observatorien mehrere weitere Entdeckungen verschmelzender massereicher Systeme, und letzte Woche das zeigte das Event Horizon Telescope das erste horizontgroße Bild eines Schwarzen Loches.

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Erstes Bild vom Horizont eines Schwarzen Lochs

Siehe Erklärung. Ein Klick auf das Bild lädt die höchstaufgelöste verfügbare Version.

Bildcredit: Event Horizon Telescope Collaboration

Beschreibung: Wie sieht ein Schwarzes Loch aus? Um das herauszufinden, koordinierten Radioteleskope auf der ganzen Welt Beobachtungen von Schwarzen Löchern mit den größten bekannten Ereignishorizonten am Himmel. Zwar sind Schwarze Löcher einfach schwarz, doch es ist bekannt, dass diese ungeheuren Attraktoren von leuchtendem Gas umgeben sind. Das erste Bild wurde gestern veröffentlicht und löst den Bereich um das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87 in einer geringeren Größenordnung auf, als man für seinen Ereignishorizont erwartet hatte.

Die dunkle zentrale Region im Bild ist nicht der Ereignishorizont, sondern eher der Schatten des Schwarzen Lochs – der zentrale Bereich strahlenden Gases, der durch die Gravitation des Schwarzen Lochs abgedunkelt wird. Größe und Form des Schattens werden von hellem Gas in der Nähe des Ereignishorizonts, starke Ablenkung durch Gravitationslinseneffekte sowie die Rotation des Schwarzen Lochs bestimmt.

Durch das Auflösen dieses Schwarzen Lochs lieferte das Event Horizon Telescope (ETH) neue Hinweise, dass Einsteins Gravitationstheorie sogar in extremen Bereichen funktioniert, und lieferte deutliche Indizien, dass M87 ein zentrales rotierendes Schwarzes Loch mit etwa 6 Milliarden Sonnenmassen besitzt. Das EHT ist noch nicht fertig – künftige Beobachtungen sollen sogar eine noch höhere Auflösung liefern, außerdem eine verbesserte Aufzeichnung der Schwankungen sowie die Erforschung der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße.

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