Alles über supermassive Schwarze Löcher und Neuigkeiten

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Weitere Details zur starken Aktivität des supermassiven Schwarzen Lochs Schütze A*

– Neuigkeiten vom 29. September 2019 –

Schütze A*, das zentrale Schwarze Loch der Milchstraße, ist normalerweise ziemlich ruhig, zumindest für ein Schwarzes Loch mit mehreren Millionen Sonnenmassen. Es steht seit einem Vierteljahrhundert unter regelmäßiger Überwachung und wurde zu wenig Aktivität eingesetzt. Doch im Mai 2019 hat seine Helligkeit für einige Stunden stark zugenommen. Es ist 75-mal heller als gewöhnlich geworden.

Um diese starke Aktivität zu erklären, denken wir, dass die Materie in Richtung ihres Ereignishorizonts gefallen ist, abhängig von der hohen Schwerkraft des supermassiven Schwarzen Lochs. Die Materie wird beschleunigt und gewaltig erhitzt, was von einem Blitz der Wärmestrahlung begleitet wird. 2018 beobachteten wir, dass einer der Sterne, der das supermassereiche Schwarze Loch des Schützen A* umkreist, genannt S2, näher an ihm vorbeiging. Möglicherweise hat es Gase und Staub ausgestoßen, die noch einige Monate gebraucht haben, um den Ereignishorizont zu erreichen.

Ein anderer Kandidat namens G2 könnte dafür verantwortlich sein. G2 ist wahrscheinlich ein Doppelstern. Das Objekt könnte 2014 eine enge Passage um Schütze A* gemacht haben. Auch hier können wir davon ausgehen, dass es einige Materie verloren hat, die noch einige Jahre gedauert hat, bis es das Schwarze Loch erreicht hat.

Ein anderes Objekt, das wir nicht sehen können, zum Beispiel eine Gruppe von Asteroiden, wäre ebenfalls ein guter Kandidat. Es bleibt abzuwarten, ob diese erneute und pünktliche Aktivität oder ob sie den Beginn eines neuen Zyklus für dieses supermassereiche Schwarze Loch signalisiert. Im Jahr 2019 wurden zwei weitere Lichtspitzen beobachtet, die jedoch weniger intensiv waren als am 13. Mai 2019. Das zentrale Schwarze Loch unserer Galaxie beschleunigt daher möglicherweise das Tempo seiner Mahlzeiten. Dies ist in jedem Fall eine Gelegenheit zu untersuchen, wie sich die Aktivität von supermassiven Schwarzen Löchern entwickeln kann und welche Auswirkungen dies auf ihre Wirtsgalaxien hat.





Das ungewöhnliche Verhalten des supermassiven Schwarzen Lochs in der Mitte der Milchstraße

– Nachrichten vom 20. August 2019 –

Schütze A*, das supermassereiche Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße, hatte eine sehr zornige Zeit. Dieses supermassereiche Schwarze Loch, das 20 Jahre lang fast ununterbrochen beobachtet wurde, hatte uns an ein ziemlich stabiles Verhalten gewöhnt. Einige Stunden lang wurde die Helligkeit im nahen Infrarot jedoch mit 75 multipliziert. Das Ereignis wurde am 13. Mai vom Observatorium Keck in Hawaii beobachtet.

Schütze A* hat bereits einige Ausbrüche dieser Art erlebt, jedoch nie mit einer solchen Intensität. Einige Erklärungen werden erwähnt. Dies kann eine normale, aber seltene Variante für das supermassereiche Schwarze Loch sein. Diese Art von Ereignis sollte in die Modelle seines Verhaltens einbezogen werden. Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit.

Die unmittelbare Umgebung des Schwarzen Lochs könnte eine Störung gewesen sein. Wir wissen, dass der Schütze A* sehr eng von einigen Sternen und Staubwolken umkreist wird. Ihr zerbrechliches Gravitationsgleichgewicht könnte gestört worden sein, was zu einem Materialtropfen in der Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs und dem beobachteten Helligkeitsgipfel geführt hätte. Diese Art von Ereignis wird wahrscheinlich besser verstanden, wenn die Überwachung von Schütze A* fortgesetzt oder sogar ein Bild seines Ereignishorizonts erstellt wird.

Ein supermassives Schwarzes Loch mit 40 Milliarden Sonnenmassen im Zentrum der Holmberg 15A-Galaxie

– Nachrichten vom 20. August 2019 –

Die Milchstraße ist eine ziemlich große und massive Galaxie im Vergleich zu denen, die wir um uns herum beobachten können. In der Mitte weist eine sehr starke Funkquelle auf ein supermassereiches Schwarzes Loch hin, dessen Masse auf das 4-Millionen-fache der Sonnenmasse geschätzt wird. Wenn Ihnen bei diesen Zahlen schwindlig wird, werden Sie das supermassereiche Schwarze Loch lieben, das sich im Zentrum der Holmberg 15A-Galaxie befindet und sich 700 Millionen Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt entwickelt.

Diese Galaxie wird Super-Riesen-Galaxie genannt. Das zentrale Schwarze Loch ist viel größer und massiver als die Milchstraße und daher auch imposanter als Schütze A*. Seine Masse wurde mehrmals mit indirekten Methoden geschätzt. Schätzungen reichen von 2 Milliarden bis 310 Milliarden Sonnenmassen.

Um dieses kosmische Monster besser zu verstehen, beobachtete ein Team von Astronomen es zwei Nächte lang mit dem MUSE-Instrument, das am Very Large Telescope (VLT) in Chile installiert war. Auf diese Weise konnten sie die Rotationsgeschwindigkeiten von Sternen schätzen, die sich in der Nähe dieses Schwarzen Lochs bewegen. Es ist eine direktere und damit präzisere Maßnahme als die zuvor durchgeführten.

Mit diesen Informationen modellierten sie seine Masse und erreichten die verwirrende Zahl von 40 Milliarden Sonnenmassen. Es ist ein schwarzes Loch, das zehntausend Mal größer ist als der Riese, der sich in der Mitte der Milchstraße versteckt. Auf dieser Skala sprechen einige Astronomen lieber von ultramassiven Schwarzen Löchern.

Es wird geschätzt, dass der größte von ihnen derjenige ist, der sich in der Galaxie TON 618 versteckt. Seine Masse wird auf 66 Milliarden Sonnenmassen geschätzt. Die Messmethode ist jedoch weniger zuverlässig als bei Holmberg 15A. Es könnte daher seine Krone verlieren, wenn neue Schätzungen vorgenommen werden.

Es bleibt zu verstehen, wie supermassereiche Schwarze Löcher solch eine verrückte Masse erreicht haben. Holmberg 15A könnte das Ergebnis der Fusion von zwei oder mehr großen Galaxien sein. Wir können uns dann fragen, ob dieser Prozess der Akkretion eine Grenze hat. Vielleicht entdecken wir eines Tages Schwarze Löcher mit Hunderten von Milliarden Sonnenmassen.

Das erste Foto eines supermassiven Schwarzen Lochs wurde enthüllt

– News of April 11, 2019 –

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Event Horizon Telescope erreicht eine Präzision

Event Horizon Telecope enthüllte das erste Foto eines schwarzen Lochs im Zentrum der M87-Galaxie. Es ist ein sehr aktives supermassives schwarzes Loch, das sich etwa 55 Millionen Lichtjahre von uns entfernt befindet. Wir schätzen, dass sich der Ereignishorizont über eine Entfernung von 1,5 Lichttagen erstreckt. Dieser sehr große Durchmesser ergibt sich aus seiner Masse, die 6,5 Milliarden mal der Masse der Sonne entspricht.

Der scheinbare Radius beträgt etwa 10 Mikrosekunden Bogen. Wenn Sie den Mond vom Erdboden aus betrachten, hat er einen Winkeldurchmesser von einem halben Grad, das heißt, der Winkel, den diese beiden Kanten und Ihre Augen bilden, nimmt diesen Wert an. In der Astronomie beobachten wir sehr kleine Objekte. Der Winkelradius beträgt oft weniger als 1 Grad, daher werden zur Beschreibung dieser kleinen Winkel genauere Einheiten verwendet.

Eine Bogenminute steht für ein Sechzigstel Grad und eine Bogensekunde für einen Sechzigstel einer Bogenminute. Ein Objekt, das eine Bogensekunde macht, erscheint winzig. Es ist jedoch immer noch erforderlich, diesen Winkel durch einhunderttausend zu teilen, um den Radius des zentralen schwarzen Lochs von M87 von der Erde aus darzustellen.

Im Vergleich dazu erscheint das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der M87-Galaxie zehn Millionen Mal kleiner als der Mond. Diese Art der Beobachtung geht weit über die Möglichkeiten von James Webb Telescope oder besser optischen Interferometern hinaus. Aus diesem Grund musste ein riesiges Funkinterferometer erstellt werden, dessen Basislinien sich über Tausende von Kilometern erstrecken.

Das supermassive Schwarze Loch von M87 bestätigt Einsteins Theorie

Das Event Horizon Telescope hat das supermassive Schwarze Loch nicht wirklich gesehen. In der Tat lässt ein schwarzes Loch keine Informationen entkommen. Es gibt also buchstäblich nichts zu sehen, weder im optischen Bereich noch im Funkbereich. Die unmittelbare Umgebung eines Schwarzen Lochs ist jedoch sehr interessant und konnte nie direkt beobachtet werden. Die physikalischen Phänomene, die in der Nähe der Schwarzen Löcher auftreten, wurden abgebildet und simuliert. Dies hat die Darstellung schwarzer Löcher erzeugt, die in Filmen wie Interstellar zu sehen sind.

Um diesen Hollywood-Blockbuster zu schaffen, arbeitete ein Team von dreißig Wissenschaftlern ein Jahr lang an Tausenden von Computern. Ihre Forschungs- und Simulationsarbeiten führten sogar zu einer wissenschaftlichen Veröffentlichung. Selbst wenn in diesem Film das Schwarze Loch im Vergleich zu den Ergebnissen der Simulationen modifiziert wurde, ist es eine gute Darstellung dessen, was wir sehen würden, wenn wir uns einem Schwarzen Loch nähern würden.

Wissenschaftler, die am Event Horizon Telescope arbeiten, haben andere Simulationen entwickelt, die auf Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie basieren. Diese Theorie beschreibt unser Verständnis von Raum, Zeit und Gravitation. Die Beobachtungen des Event Horizon Telescope sind ebenfalls ein Test. Das eigentliche Interesse des Projekts besteht darin, die vor über 100 Jahren formulierte Einsteinsche Theorie unter den bekanntesten extremen Bedingungen zu testen. Im supermassiven Schwarzen Loch der M87-Galaxie gibt es auch viele Informationen zu sammeln, wie etwa die Phänomene, die seine Akkretionsscheibe erzeugen.

Wie lässt sich dieses erste Bild eines supermassiven Schwarzen Lochs interpretieren ?

Das erste Bild eines supermassiven Schwarzen Lochs erscheint im Vergleich zum Schwarzen Loch des Films Interstellar etwas fad. Es gibt sehr wichtige Informationen. Es bestätigt, dass Schwarze Löcher existieren. Wir hatten Beweise, die in diese Richtung gingen, insbesondere seit der astronomischen Nutzung von Gravitationswellen. Nun gibt es sicherlich schwarze Löcher. Diese seit Jahrzehnten von der Physik vorhergesagten Objekte wurden schließlich abgebildet. Wir sind jetzt auch sicher, dass das Zentrum der meisten Galaxien von einem supermassiven Schwarzen Loch besetzt wird.

Das Bild des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum der M87-Galaxie ist genau das, was wir erwartet hatten. Der Leuchtring, die Akkretionsscheibe des Schwarzen Lochs, besteht aus Materialien, die durch das außergewöhnliche Gravitationsfeld des Schwarzen Lochs auf Millionen von Grad erhitzt werden. Diese Materialien zirkulieren mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit um das Schwarze Loch. Der untere Teil dieses Rings erscheint heller als der obere Teil, da das im Ring zirkulierende Material den Dopplereffekt erfährt. Der bewegliche Teil in Richtung zu uns ist in Richtung Blau verschoben und erscheint heller, während der Teil, der sich von uns weg bewegt, in Richtung Rot verschoben wird. Diese Hervorhebung ist daher ausschließlich auf die Position des Betrachters zurückzuführen. Die supermassive Schwarzloch-Akkretionsscheibe ist wahrscheinlich homogen.

In diesem Bild sehen wir das zentrale Schwarze Loch von M87 aus einer Position in der Nähe eines seiner Pole. Deshalb sehen wir nicht, dass die Akkretionsscheibe die Schattenzone kreuzt, wie im berühmten Schwarzen Loch des Films Interstellar. In der Mitte dieses schattigen Bereichs liegt der Horizont des Ereignisses, der unsichtbar ist. Ihr Durchmesser ist kleiner als der der zentralen Aufgabe. Am Rand befindet sich die letzte stabile Umlaufbahn um das Schwarze Loch. All das Material, das diese Grenze überschreitet, fällt schnell zum Ereignishorizont. Es ist ein Punkt ohne Wiederkehr, über den nichts entkommen kann.

Bis 2020 für ein zweites Foto

Das zentrale Schwarze Loch von M87 ist absolut gigantisch. Unser gesamtes Sonnensystem könnte in seine Schattenzone passen. Schütze A *, das supermassive Schwarze Loch der Milchstraße, ist das andere Ziel des Events Horizon Telescope. Wir könnten das erste Bild von Schütze A * in den nächsten Wochen oder Monaten entdecken.

Leider ist es nicht einfach, die Beobachtungen des Events Horizon Telescope zu organisieren. Die Idee, den Schatten eines Schwarzen Lochs mit einer sehr langen Basis-Radiointerferometrie abzubilden, wurde 1999 formuliert. Um dieses Ergebnis zu erzielen, waren zwanzig Jahre vergangen, darunter nur zwei Jahre, um die Daten der Beobachtungssequenz 2017 zu verarbeiten. Seitdem haben die acht Radioteleskope des Projekts nicht mehr zusammengearbeitet. Die Wetterbedingungen waren im Jahr 2018 hart und die Beobachtungen von 2019 mussten wegen technischer Schwierigkeiten abgebrochen werden.

Die gute Nachricht ist, dass das Experiment ab 2020 erneut versucht wird, wobei neue Beobachtungsstellen die bereits verwendeten ergänzen, was die Bildauflösung verbessern sollte. Nur supermassive Schwarze Löcher sind hell genug, um mit einem solchen Gerät abgebildet zu werden. M87 und Schütze A * werden daher weiterhin Hauptziele sein.

Das Very Large Telescope versucht ein supermassives Schwarzes Loch zu identifizieren

– Nachrichten vom 7. August 2018 –

Seit über einem Jahrhundert hat die Allgemeine Relativitätstheorie das Gesetz der universellen Anziehungskraft in unserem Verständnis der Schwerkraft abgelöst. In den allermeisten Fällen machen die beiden Theorien ähnliche Vorhersagen. Es ist daher möglich, die Bewegungen der meisten Himmelskörper nur mit der Newtonschen Gravitation zu erklären. Aber wenn die Massen und Geschwindigkeiten zu groß werden, wirken sich die relativistischen Effekte aus. Nur Einsteins Theorie macht es möglich, korrekte Vorhersagen zu treffen. Im Moment ist es uns nicht gelungen, der allgemeinen Relativitätstheorie zu widersprechen. Diese Theorie hat am 27. Juli sogar einen neuen Test bestanden.

Die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie würden hauptsächlich in extremen Umgebungen, wie denen eines supermassiven Schwarzen Lochs, bestätigt. Es ist in jedem Fall die Reflexion eines Konsortiums von Forschern, die sich um das Schwerkraftexperiment versammelt haben. Im Zentrum unserer Galaxie befindet sich eine intensive Radioquelle namens Sagittarius A *. Es ist genau mit einem supermassiven Schwarzen Loch verbunden. Es ist unmöglich, dieses schwarze Loch direkt zu beobachten, da die schwarzen Löcher keine elektromagnetische Welle austreten lassen. Das Gravity-Konsortium hat sich daher auf die Flugbahn eines Sterns in unmittelbarer Nähe des Schwarzen Lochs, genannt S2, konzentriert. Dieser Stern ist ein Gefangener des monströsen Gravitationsfeldes von Sagittarius A *, wenn es sich näher an das supermassive Schwarze Loch annähert. Seine Umlaufgeschwindigkeit erreicht 8000 Kilometer pro Sekunde, eine Geschwindigkeit, die ausreicht, um die von der Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagten Effekte feststellbar zu machen.

Die riesigen Spiegel des Very Large Telescope (VLT) und ihre hochmodernen Instrumente wurden deshalb verwendet, um S2 mit bisher unerreichter Präzision zu verfolgen. Einsteins Theorie sagt voraus, dass starke Gravitationsfelder eine Verschiebung zum Rot der durchlaufenden Lichtquellen bewirken. Diese Verschiebung in Richtung Rot ist auf die Kontraktion der Längen zurückzuführen, denen die Objekte bei der Verschiebung unterworfen sind. Diese Kontraktion beeinflusst sogar die Wellenlängen und damit das beobachtete Licht. Eine solche Verschiebung in Richtung Rot des Gravitationsfeldes eines Schwarzen Lochs war nie beobachtet worden. Dies ist nun der Fall, die Beobachtung hat sich mit größter Genauigkeit der Theorie angepaßt.

Diese Erfahrung verstärkt die allgemeine Relativitätstheorie. Dies ist offensichtlich eine gute Nachricht, denn einer der Grundpfeiler der modernen Physik scheint noch unerschütterlicher zu sein. Aber für einige theoretische Physiker ist es auch eine kleine Enttäuschung, weil ein sehr kleiner Fehler in der allgemeinen Relativitätstheorie den Weg für neue Physik und neue Paradigmen bereiten könnte. Aber heute wird Einsteins Relativität nicht diskutiert.

Das Gravity-Konsortium hat auch die Flugbahn des Sterns S2 gemessen, Beobachtungen, die noch nicht veröffentlicht wurden. Sie sollten es ermöglichen, die Verteilung der Masse in der Nähe des Schwarzen Lochs besser zu kennen. Es könnte eine Chance sein, etwas besser zu verstehen, was in dieser extremen Umgebung passiert. Es wird auch eine Gelegenheit sein, diese Ergebnisse mit denen eines anderen Projekts zu vergleichen, das auch Beobachtungen der unmittelbaren Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs der Milchstraße durchgeführt hat. Mit etwas Glück wird Schütze A * noch vor Ende des Jahres einige seiner Geheimnisse preisgeben.

Ein Dutzend supermassiver Schwarzer Löcher würde in der Milchstraße reisen

– Nachrichten vom 8. Mai 2018 –

Die supermassiven Schwarzen Löcher waren gerade das Thema einer faszinierenden und beängstigenden Studie. Diese schwarzen Löcher sind traditionell mit dem Zentrum von Galaxien verbunden. Wir sind noch nicht sicher, auf welche Art und Weise sie geschaffen wurden. Werden sie in der Jugend des Universums geboren oder haben sie sich langsam gebildet, indem sie nacheinander die Sterne verschlungen haben? Schütze A * ist mehr als 25.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, aber in den letzten Jahren haben wir erkannt, dass es wahrscheinlich nomadische supermassive Schwarze Löcher gibt. Die ersten Beweise stammen vom Chandra Space Telescope. Supermassive Schwarze Löcher scheinen Fusionen zwischen Galaxien zu sein. Dies führt jedoch nicht immer zu einer Verschmelzung schwarzer Löcher, insbesondere wenn zwischen ihnen ein großer Massenunterschied besteht. Die am wenigsten massiven können sich um die massivsten bewegen.

Eine neue Studie, die letzten Monat in den Astrophysical Journal Letters veröffentlicht wurde, legt nahe, dass diese Art von Schwarzen Löchern sogar innerhalb der Milchstraße ziemlich verbreitet sein würde. Die Studie basiert auf einer Simulation mit einem Supercomputer. Durch die Reproduktion von Galaxien mit einer Masse in der Nähe der Milchstraße zeigen die Berechnungen im Durchschnitt ein Dutzend supermassiver Schwarzer Löcher für jede dieser Galaxien, unabhängig von der Fusionsgeschichte der Wirtsgalaxie. Schütze A * würde ein Dutzend Cousins ​​haben, die in der Milchstraße reisen. Aber es scheint, dass unser Sonnensystem nicht in Gefahr ist, weil die Autoren der Studie schätzen, dass solche Schwarzen Löcher im Durchschnitt alle 100 Milliarden Jahre an unser Sonnensystem heranreichen, fast das Zehnfache des Alters des Universums. Wenn die Milchstraße so viele supermassive Schwarze Löcher hat, warum haben sie sie dann nie gesehen? Das Team hinter der Studie glaubt, dass diese Art von Schwarzen Löchern ziemlich weit vom Zentrum der Galaxie entfernt sein würde. Sie dürfen sich nicht mit einer Gaswolke umgeben und würden komplett schwarz bleiben.

Um zu sehen, ob die Simulation realistisch ist, müssen wir Beobachtungen in unserer Galaxie oder in einer anderen Galaxie machen. Diese Objekte von mehreren hunderttausend Sonnenmassen müssen Spuren hinterlassen, die sie schließlich entdecken. Es könnte die Gelegenheit sein, die Vergangenheit unserer Galaxie zu studieren und die Ereignisse zu verstehen, die es ermöglichten, dass sie erschaffen wurde. Aber in der Zwischenzeit müssen wir schon versuchen, ein bisschen besser Schütze A * zu verstehen, denn selbst wenn wir dieses supermassive schwarze Loch nicht sehen können, wissen wir zumindest, wo wir suchen müssen.

Bild von NASA / JPL-Caltech [Public Domain], über Wikimedia Commons

Quellen

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