Astronomen (und die ganze Menschheit) haben Urlaub: Das erste Bild eines Schwarzen Lochs wird präsentiert. Es wurde mit dem Event Horizon Telescope (EHT) erstellt, einem virtuellen Teleskop, das aus mehreren Radioteleskopen auf der ganzen Welt besteht. Das Bild zeigt Material um ein supermassereiches Schwarzes Loch im Zentrum einer 55 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxie. Und ja, ein Schwarzes Loch ist konzentrierte Physik, verrückte Gravitationsphänomene am Rande der möglichen und unmöglichen extremen Bedingungen (Sie können hier mehr darüber lesen, wie Schwarze Löcher funktionieren). Es gibt jedoch mehrere Fragen.
Ist ein Schwarzes Loch schwer zu sehen, weil es schwarz ist?
Nein. Das heißt ja. Es ist wahr: Schwarze Löcher sind schwarz. Normalerweise sehen wir alle Arten von Sternen und alles, weil das Licht, das sie aussenden, unsere Teleskope (oder direkt in unsere Augen) erreicht und wir registrieren es. Schwarze Löcher sind wirklich schwarz. Sie emittieren kein sichtbares Licht (aufgrund komplexer Gravitationstricks), sodass sie nicht gesehen werden können.
Dies ist jedoch kein großes Problem. Wenn wir ein Schwarzes Loch in unserem Sonnensystem hätten, würden Sie es sehen. Sie würden die Krümmung des Raums durch seine Anwesenheit sehen und Sie würden die Substanz sehen, die sich um diesen Trichter dreht. Wenn Sie den Film Interstellar gesehen haben, zeigt er ungefähr eine Visualisierung eines Schwarzen Lochs - er wurde mit Hilfe des Astrophysikers Kip Thorne erstellt.
Das Schwarze Loch ist schwer zu sehen, weil es winzig ist. Okay, zum Beispiel nicht so klein wie eine Ameise. Sie ist winzig in dem Sinne, dass eine Person aus einer Entfernung von einem Kilometer winzig ist. Der beste Begriff wäre Winkelgröße. Wenn Sie Ihren Kopf in einem Kreis drehen, erhalten Sie eine 360-Grad-Rundumansicht (aber denken Sie daran, auch Ihren Körper zu drehen, sonst beugen Sie Ihren Hals). Wenn Sie Ihren Daumen auf Armlänge halten, entspricht dies einer Winkelgröße von etwa einem halben Grad. Der Mond hat ungefähr die gleiche Winkelgröße, sodass Sie ihn mit Ihrem Daumen bedecken können.
Was ist mit der Größe des Schwarzen Lochs? Ja, es ist riesig. Es ist auch 55 Millionen Lichtjahre entfernt. Dies bedeutet, dass es 55 Millionen Jahre dauern wird, bis das Licht so weit gelangt. Es ist unglaublich weit weg. Aber die Winkelgröße hindert uns wirklich. Ein Schwarzes Loch (zumindest sein sichtbarer Teil) hat eine Winkelgröße von etwa 40 Mikrosekunden.
Was ist eine Mikroarxsekunde? Wie Sie wissen, ist der Kreis in Grad unterteilt (und das schon lange). Jeder Grad kann in 60 Bogenminuten unterteilt werden, und jede Minute beträgt 60 Bogensekunden. Wenn Sie eine Bogensekunde in eine Million Teile teilen, erhalten Sie eine Mikrosekunde. Denken Sie daran, dass die Winkelgröße des Mondes 0,5 Grad beträgt (von der Erde aus gesehen)? Dies bedeutet, dass die Winkelgröße des Mondes 45 Millionen Mal größer ist als die Größe eines Schwarzen Lochs. Das Schwarze Loch ist in Bezug auf seine Winkelgröße winzig.
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Das ist aber noch nicht alles. Aufgrund der Beugung können wir keine Dinge mit winzigen Winkelgrößen sehen. Wenn Licht durch eine Öffnung (z. B. durch ein Teleskop oder in das Auge) gelangt, wird es gestreut. Es biegt sich so, dass es den Rest des durch das Loch hindurchtretenden Lichts stört. Im Falle des Auges bedeutet dies, dass Personen Objekte mit einer Winkelgröße von etwa 1 Bogenminute erkennen können.
Und das bedeutet auch, dass etwas so Winziges wie ein Schwarzes Loch auf einem Foto nur schwer festzuhalten ist.
Wie kann man die Beugungsgrenze überwinden?
Lassen Sie uns zugeben. Dinge mit winzigen Winkelmaßen sind wirklich schwer zu sehen - wie sollen wir dann das Material um ein Schwarzes Loch sehen? Die Winkelauflösung eines Teleskops hängt wirklich nur von zwei Dingen ab: der Größe des Lochs und der Wellenlänge des Lichts. Die Verwendung kürzerer Wellenlängen (wie Ultraviolett- oder Röntgenstrahlung) ergibt eine bessere Auflösung. In diesem Fall verwendet das Teleskop jedoch die Wellenlänge des Lichts im Millimeterbereich. Dies ist eine ziemlich lange Wellenlänge im Vergleich zu sichtbarem Licht, das im Bereich von 500 Nanometern liegt.
Dies bedeutet, dass die einzige Möglichkeit, die Beugungsgrenze zu überwinden, darin besteht, das Teleskop größer zu machen. Das haben sie mit dem Event Horizon Telescope gemacht. Im Grunde ist es ein Teleskop von der Größe der Erde. Wahnsinn, aber wahr. Durch das Sammeln von Daten von mehreren Teleskopen in verschiedenen Teilen der Welt können Sie die Daten kombinieren, um sie in Daten von einem GIANT-Teleskop umzuwandeln. Es stimmt, du musst es versuchen. Es gibt aber auch Probleme mit dieser Methode. Mit nur wenigen Teleskopen verwendet das EHT-Team eine Reihe von Analysetechniken, um aus den gesammelten Daten das wahrscheinlichste Bild zu erstellen. So gelang es ihnen, Material um das Schwarze Loch zu "zeichnen".
Ist das ein echtes Foto eines Schwarzen Lochs?
Wenn Sie durch ein Teleskop schauen und Jupiter sehen, sehen Sie tatsächlich Jupiter. Hinweis: Wenn Sie dies noch nicht getan haben, probieren Sie es unbedingt aus. Das ist cool. Sonnenlicht wird von Jupiters Oberfläche reflektiert und wandert dann durch ein Teleskop in Ihr Auge. Boom. Jupiter. Er ist echt.
Aber mit einem Schwarzen Loch sieht es etwas anders aus. Das Bild, das Sie sehen, befindet sich nicht einmal im sichtbaren Bereich. Dies ist ein Radiobild, das aus den Wellenlängen des Lichts erzeugt wird. Was ist der Unterschied zwischen Radiowellen und normalem sichtbarem Licht? Tatsächlich liegt der Unterschied nur in der Wellenlänge.
Licht- und Radiowellen sind elektromagnetische Wellen. Dies ist die Ausbreitung eines sich ändernden elektrischen Feldes zusammen mit einem sich ändernden Magnetfeld (gleichzeitig). Diese Wellen bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit - weil sie Licht sind. Da Radio und sichtbares Licht jedoch unterschiedliche Wellenlängen haben, interagieren sie unterschiedlich mit Materie. Wenn Sie das Radio zu Hause einschalten, erhalten Sie ein Signal vom nächsten Radiosender. Diese Radiowellen wandern direkt durch die Wände. Und die sichtbaren gehen nicht vorbei.
Gleiches gilt für Bilder. Wenn Sie sichtbares Licht von einem Objekt haben, können Sie es mit Ihrem Auge sehen und dieses Bild auf Film oder mit einem Digitalrekorder aufnehmen. Dieses Bild kann dann auf einem Computerbildschirm angezeigt und tatsächlich angezeigt werden. So können Sie ein Bild des Mondes sehen.
Das Material um das Schwarze Loch ist kein sichtbares Bild. Dies ist ein Radiobild. Jedes Pixel im Bild repräsentiert eine bestimmte Wellenlänge, aber Radiowellen. Die orangefarbenen Teile sind Falschfarbdarstellungen der 1-Millimeter-Welle. Das gleiche passiert, wenn wir ein Bild im Infrarot- oder Ultraviolettbereich "sehen" wollen. Wir müssen diese Wellenlängen in das umwandeln, was wir sehen können.
Diese Aufnahme eines Schwarzen Lochs ist also kein gewöhnliches Foto.
Ilya Khel
