Astronomie

Habe ich fast den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs gefunden?

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Der Rechner auf der Website https://planetcalc.com/1758/ zitiert Wikipedias Gravitationsbeschleunigung und implementiert:

$$g = G frac{M}{(R + h)^2}$$

Für ein Schwarzes Loch mit Masse $M$ gleich 5 Sonnenmassen mit einem Durchmesser $R$ von 1 Meter Abstand $h$ von 1500 km beträgt die angegebene Beschleunigung 296000 Millionen m/s^2, was fast dem Fallenlicht entspricht.

Man könnte also erwarten, dass der Ereignishorizont zumindest nahe daran liegt. Ist das richtig?


Dies ist das Newtonsche Gravitationsmodell. Es ist ein sehr gutes Modell, es wird verwendet, um die Bewegung von Objekten im Sonnensystem mit sehr hoher Genauigkeit zu berechnen.

Für sehr starke Gravitationsfelder müssen Sie jedoch das Einstein-Modell verwenden, das beispielsweise die konstante Lichtgeschwindigkeit für alle Beobachter berücksichtigt. Ich werde nicht auf mathematische Details eingehen (nicht zuletzt, weil sie mir viel zu schwer sind!)

Jetzt können Sie die Schwerkraft einer Kugel berechnen und finden das bei einem Radius von $r=2GM/c^2$ etwas Seltsames scheint zu passieren, nichts kann sich aus einem Umkreis von weniger als diesem in einen Umkreis von mehr bewegen. Es ist der Ereignishorizont. Dies kann nur in Einsteins Gravitationstheorie geschehen. Die Newtonsche Theorie hat keine "Geschwindigkeitsbegrenzung", daher kann es keinen Ereignishorizont geben.

Nun ist es so, dass dies derselbe Radius ist, den die Newtonsche Gravitation vorhersagen würde, um eine Fluchtgeschwindigkeit zu haben $v_e = sqrt{frac{2GM}{r}}$ gleich der Lichtgeschwindigkeit. Das ist meistens ein Zufall (es gab kürzlich eine Frage dazu, die ich nicht finden konnte), aber eine nette.

Sie scheinen die Newtonsche Erdbeschleunigung mit der Lichtgeschwindigkeit zu vergleichen. Die Einheiten für Beschleunigung und Geschwindigkeit sind unterschiedlich, daher ist der Vergleich nicht gültig.


Das Aussehen des Schattens eines Schwarzen Lochs Hol

Von: AAS Nova 3. Dezember 2019 0

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Im April dieses Jahres hat das Event Horizon Telescope die ersten Detailaufnahmen des Schattens eines Schwarzen Lochs gemacht. In einer neuen Studie hat ein Team von Wissenschaftlern nun untersucht, was die Größe und Form von Schatten von Schwarzen Löchern wie diesem bestimmt.

Simulation von akkretierendem Gas, das um ein supermassereiches Schwarzes Loch wirbelt. Wie beeinflussen die Details dieses Gases das beobachtete Erscheinungsbild des Schattens des Schwarzen Lochs?
Jordy Davelaaret al. / Radboud University / BlackHoleCam

Einen Schatten abbilden

Das erste Detailbild eines Schwarzen Lochs, M87, aufgenommen mit dem Event Horizon Telescope.
Angepasst von EHT Collaboration et al 2019

Die atemberaubenden neuen Radiobilder des supermassiven Schwarzen Lochs in der nahegelegenen Galaxie Messier 87, die dieses Frühjahr vom Event Horizon Telescope-Team veröffentlicht wurden, zeigten einen hellen Emissionsring, der eine dunkle, kreisförmige Region umgibt.

Diese ausgeprägte Struktur ist das Ergebnis der verzerrten Raumzeit um massive Objekte wie Schwarze Löcher. Der Lichtring besteht aus Photonen des heißen, strahlenden Gases, das das Schwarze Loch umgibt, dessen Bahnen um das Schwarze Loch herum gebogen wurden, bevor sie unsere Teleskope erreichen. Der dunkle Bereich in der Mitte wird als „Schatten“ des Schwarzen Lochs bezeichnet. Dies ist die Ansammlung von Photonenpfaden, die nicht entkommen, sondern stattdessen vom Schwarzen Loch eingefangen wurden.

Die Form der Akkretion

Vergleich der Vorstellungen eines Schwarzen Lochs, das von einer dünnen Akkretionsscheibe umgeben ist, vs. einer dicken Akkretionsscheibe.
Oben: NASA unten: Nicolle R. Fuller / NSF

Während einige frühere Studien untersucht haben, wie ein Schatten eines Schwarzen Lochs aussieht, wenn das Schwarze Loch von einer sehr dünnen Scheibe aus akkretierendem Gas umgeben ist (denken Sie an das Schwarze Loch + die Scheibe aus dem Film Interstellar), sind die meisten supermassiven Schwarzen Löcher – wie M87 oder unser eigenes supermassives Schwarzes Loch, Sagittarius A* – eher von heißem, akkretierendem Gas umgeben, das breiter verteilt ist und eine dicke oder quasi-sphärische Scheibe bildet.

Beeinflussen Geometrie und Bewegung des sich ansammelnden Gases die Größe und Form des Schattens eines Schwarzen Lochs?

Modelle von Monstern

In einer neuen Studie haben sich drei Wissenschaftler – Ramesh Narayan und Michael Johnson (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) und Charles Gammie (University of Illinois at Urbana-Champaign) – zusammengetan, um zu untersuchen, wie sich der Schatten eines Schwarzen Lochs basierend auf dem Verhalten von . ändert das heiße Gas drumherum.

Das Bild des Schattens des Schwarzen Lochs für drei Modelle der Autoren: nicht-relativistische Raumzeit (oben), relativistische Raumzeit mit statischem umgebendem Gas (Mitte) und relativistische Raumzeit mit radial nach innen strömendem Akkretionsgas (unten).
Angepasst von Narayan et al. 2019

Narayan, Johnson und Gammie bauten analytische Modelle eines Schwarzen Lochs, das von heißem, optisch dünnem Gas umgeben ist (was bedeutet, dass die Strahlung aus dem Gas entweicht und beobachtbar ist). Anschließend analysierten sie, wie der Schatten bei unterschiedlichen Raumzeiten, bei unterschiedlichen Gasbewegungen und bei unterschiedlichem Verhalten des Gases in der Nähe des Schwarzen Lochs aussehen würde.

Reduzieren von Komplikationen

Interessanterweise fanden die Autoren heraus, dass das Aussehen des Schattens des Schwarzen Lochs nicht von den Details der Gasakkretion in der Nähe des Schwarzen Lochs abhängt. Die Größe des Schattens wurde hauptsächlich durch die Raumzeit selbst bestimmt (die von der Masse des Schwarzen Lochs beeinflusst wird). Aber wie sich das Gas um das Schwarze Loch verteilt und ob dieses Gas stationär ist oder sich ansammelt, hat keinen großen Einfluss auf das Erscheinungsbild des Schattens.

Das wirkliche Leben ist ein wenig chaotischer als dieses einfache, sphärisch symmetrische Modell des Schwarzen-Loch-Spins, und das Vorhandensein von Jets oder Ausflüssen führt zu Asymmetrien im Schatten. Aber die Ergebnisse der Autoren sagen uns im Allgemeinen, dass die Details der Akkretionsflüsse das Gesehene nicht komplizieren. Und das sind wertvolle Informationen, die wir bei der Interpretation zukünftiger Beobachtungen von Schatten schwarzer Löcher verwenden können!

„Der Schatten eines sphärisch anwachsenden Schwarzen Lochs“, Ramesh Narayan et al. 2019 ApJL 885 L33. doi:10.3847/2041-8213/ab518c

Dieser Beitrag erschien ursprünglich auf AAS Nova, der Forschungshighlights aus den Zeitschriften der American Astronomical Society enthält.


Event Horizon Telescope nimmt erstes Bild des Schwarzen Lochs auf

Astronomen mit dem Event Horizon Telescope (EHT) — eine planetengroße Anordnung von acht bodengestützten Radioteleskopen (ALMA, APEX, das IRAM 30-m-Teleskop, das James Clerk Maxwell Telescope, das Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, die Submillimeter Array, das Submillimeter Telescope und das South Pole Telescope) „haben das erste Bild eines Schwarzen Lochs mithilfe von EHT-Beobachtungen des Zentrums von Messier 87, einer riesigen elliptischen Galaxie, die sich etwa 53 Millionen Lichtjahre von uns entfernt befindet, aufgenommen das Sternbild Jungfrau. Dieser Durchbruch wurde heute in einer Reihe von sechs Artikeln in einer Sonderausgabe der Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe.

Die EHT-Kollaboration enthüllte den ersten direkten visuellen Beweis des supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum der elliptischen Galaxie Messier 87 und seines Schattens. Der hier zu sehende Schatten eines Schwarzen Lochs kommt einem Bild des Schwarzen Lochs selbst am nächsten, einem völlig dunklen Objekt, aus dem kein Licht entweichen kann. Die Grenze des Schwarzen Lochs – der Ereignishorizont, von dem das EHT seinen Namen hat – ist etwa 2,5-mal kleiner als der Schatten, den es wirft, und misst knapp 40 Milliarden Kilometer im Durchmesser. Bildnachweis: EHT-Kollaboration.

Schwarze Löcher sind extrem dichte Materietaschen, Objekte von so unglaublicher Masse und winzigem Volumen, dass sie das Gefüge der Raumzeit drastisch verzerren. Alles, was zu nahe kommt, von einem wandernden Stern bis hin zu einem Lichtphoton, wird eingefangen.

Die meisten Schwarzen Löcher sind die kondensierten Überreste eines massereichen Sterns, des kollabierten Kerns, der nach einer explosiven Supernova übrig bleibt.

Der Stammbaum des Schwarzen Lochs hat jedoch mehrere Zweige, von winzigen Strukturen auf dem Niveau einer menschlichen Zelle bis hin zu riesigen Riesen, die milliardenmal massereicher sind als unsere Sonne.

„Wenn wir in eine helle Region, wie eine Scheibe aus glühendem Gas, eingetaucht sind, erwarten wir, dass ein Schwarzes Loch eine dunkle Region ähnlich einem Schatten erzeugt – etwas, das von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie vorhergesagt wurde, das wir noch nie zuvor gesehen haben“, sagte die Radboud University Astronom Dr. Heino Falcke, Vorsitzender des EHT-Wissenschaftsrates.

„Dieser Schatten, der durch die gravitative Biegung und das Einfangen von Licht durch den Ereignishorizont verursacht wird, sagt viel über die Natur dieser faszinierenden Objekte aus und ermöglichte uns, die enorme Masse des zentralen Schwarzen Lochs von Messier 87 zu messen.“

Das riesige Schwarze Loch im Zentrum von Messier 87 hat nach Angaben des EHT-Teams eine Masse von etwa 6,5 ​​Milliarden Sonnenmassen.

Mehrere Kalibrierungs- und Bildgebungsmethoden zeigten eine ringförmige Struktur mit einem dunklen zentralen Bereich – dem Schatten des Schwarzen Lochs –, der über mehrere unabhängige EHT-Beobachtungen hinweg bestehen blieb.

„Sobald wir sicher waren, den Schatten abgebildet zu haben, konnten wir unsere Beobachtungen mit umfangreichen Computermodellen vergleichen, die die Physik des verzerrten Weltraums, überhitzter Materie und starker Magnetfelder umfassen“, sagte Dr. Paul T.P. Ho, EHT-Vorstandsmitglied und Direktor des Ostasiatischen Observatoriums.

„Viele der Merkmale des beobachteten Bildes stimmen überraschend gut mit unserem theoretischen Verständnis überein.“

„Das macht uns zuversichtlich, was die Interpretation unserer Beobachtungen angeht, einschließlich unserer Schätzung der Masse des Schwarzen Lochs.“

Die EHT-Beobachtungen verwenden eine Technik namens Very-Long-Baseline-Interferometrie (VLBI), die Teleskopeinrichtungen auf der ganzen Welt synchronisiert und die Rotation unseres Planeten ausnutzt, um ein riesiges, erdgroßes Teleskop zu bilden, das bei einer Wellenlänge von 1,3 mm beobachtet.

VLBI ermöglicht es EHT, eine Winkelauflösung von 20 Mikrobogensekunden zu erreichen – genug, um eine Zeitung in New York von einem Straßencafé in Paris aus zu lesen.

„Wir haben das erste Bild eines Schwarzen Lochs gemacht“, sagte Dr. Sheperd S. Doeleman, Direktor des EHT-Projekts, vom Center for Astrophysics in Harvard & Smithsonian.

„Dies ist eine außergewöhnliche wissenschaftliche Leistung, die von einem Team von mehr als 200 Forschern vollbracht wurde.“

Zusammenarbeit mit dem Event Horizon-Teleskop et al. 2019. Erste Ergebnisse des M87 Event Horizon Telescope. I. Der Schatten des supermassiven Schwarzen Lochs. ApJL 875, L1 doi: 10.3847/2041-8213/ab0ec7

Zusammenarbeit mit dem Event Horizon-Teleskop et al. 2019. Erste Ergebnisse des M87 Event Horizon Telescope. II. Array und Instrumentierung. ApJL 875, L2 doi: 10.3847/2041-8213/ab0c96

Zusammenarbeit mit dem Event Horizon-Teleskop et al. 2019. Erste Ergebnisse des M87 Event Horizon Telescope. III. Datenverarbeitung und Kalibrierung. ApJL 875, L3 doi: 10.3847/2041-8213/ab0c57

Zusammenarbeit mit dem Event Horizon-Teleskop et al. 2019. Erste Ergebnisse des M87 Event Horizon Telescope. IV. Imaging des zentralen supermassiven Schwarzen Lochs. ApJL 875, L4 doi: 10.3847/2041-8213/ab0e85

Zusammenarbeit mit dem Event Horizon-Teleskop et al. 2019. Erste Ergebnisse des M87 Event Horizon Telescope. V. Physikalischer Ursprung des asymmetrischen Rings. ApJL 875, L5 doi: 10.3847/2041-8213/ab0f43

Zusammenarbeit mit dem Event Horizon-Teleskop et al. 2019. Erste Ergebnisse des M87 Event Horizon Telescope. VI. Der Schatten und die Masse des zentralen Schwarzen Lochs. ApJL 875, L6 doi: 10.3847/2041-8213/ab1141


Polarisiertes Licht zeigt das Magnetfeld um das Schwarze Loch von M87 herum

Die Zusammenarbeit mit dem Event Horizon Telescope (EHT) hat Daten enthüllt, die es Astronomen zum ersten Mal ermöglichen, die Polarisation von Licht nahe dem Rand des supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen der Galaxie M87 zu messen. Die Linien markieren die Polarisationsrichtung, die ein Hinweis auf das Magnetfeld um den Schatten des Schwarzen Lochs ist. Bild: EHT-Kollaboration

Die Zusammenarbeit mit dem Event Horizon Telescope (EHT), die das erste Bild eines Schwarzen Lochs überhaupt erstellt hat, hat heute eine neue Ansicht des massereichen Objekts im Zentrum der Galaxie M87 enthüllt: wie es in polarisiertem Licht aussieht. Dies ist das erste Mal, dass Astronomen die Polarisation, eine Signatur von Magnetfeldern, so nahe am Rand eines Schwarzen Lochs messen können. Die Beobachtungen sind der Schlüssel zur Erklärung, wie die 55 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie M87 in der Lage ist, energiegeladene Jets aus ihrem Kern zu starten.

„Wir sehen jetzt den nächsten entscheidenden Beweis, um zu verstehen, wie sich Magnetfelder um Schwarze Löcher verhalten und wie Aktivitäten in dieser sehr kompakten Region des Weltraums mächtige Jets antreiben können, die sich weit über die Galaxie hinaus erstrecken“, sagt Monika Mościbrodzka, Koordinatorin des of EHT Polarimetry Working Group und Assistant Professor an der Radboud Universiteit in den Niederlanden.

Am 10. April 2019 veröffentlichten Wissenschaftler das allererste Bild eines Schwarzen Lochs, das eine helle ringförmige Struktur mit einer dunklen zentralen Region enthüllte – dem Schatten des Schwarzen Lochs. Seitdem hat sich die EHT-Kollaboration tiefer in die 2017 gesammelten Daten des supermassereichen Objekts im Herzen der M87-Galaxie vertieft. Sie haben entdeckt, dass ein erheblicher Teil des Lichts um das Schwarze Loch M87 herum polarisiert ist.

„Diese Arbeit ist ein wichtiger Meilenstein: Die Polarisation des Lichts trägt Informationen, die es uns ermöglichen, die Physik hinter dem Bild, das wir im April 2019 gesehen haben, besser zu verstehen, was zuvor nicht möglich war“, erklärt Iván Martí-Vidal, ebenfalls Koordinator der EHT Polarimetry Arbeitsgruppe und GenT Distinguished Researcher an der Universitat de València, Spanien. Er fügt hinzu, dass „die Enthüllung dieses neuen Polarisationslichtbildes aufgrund der komplexen Techniken zur Gewinnung und Analyse der Daten jahrelange Arbeit erforderte“.

Licht wird polarisiert, wenn es bestimmte Filter passiert, wie die Gläser polarisierter Sonnenbrillen, oder wenn es in heißen, magnetisierten Weltraumregionen emittiert wird. Polarisation ermöglicht es Astronomen, die magnetischen Feldlinien am inneren Rand des Schwarzen Lochs zu kartieren.

„Die neu veröffentlichten polarisierten Bilder sind der Schlüssel zum Verständnis, wie das Magnetfeld es dem Schwarzen Loch ermöglicht, Materie zu ‚fressen‘ und leistungsstarke Jets zu starten“, sagt Andrew Chael, Mitglied der EHT-Kollaboration, Hubble Fellow der NASA am Princeton Center for Theoretical Science und der Princeton Gravity Initiative in den USA.

Die hellen Energie- und Materiestrahlen, die aus dem Kern von M87 austreten und sich mindestens 5.000 Lichtjahre von seinem Zentrum erstrecken, sind eines der mysteriösesten und energetischsten Merkmale der Galaxie. Die meiste Materie, die nahe am Rand eines Schwarzen Lochs liegt, fällt hinein. Einige der umgebenden Teilchen entweichen jedoch kurz vor dem Einfangen und werden in Form von Jets weit in den Weltraum geblasen.

Astronomen haben sich auf verschiedene Modelle verlassen, wie sich Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs verhält, um diesen Prozess besser zu verstehen. Aber sie wissen immer noch nicht genau, wie Jets, die größer als die Galaxie sind, aus ihrer zentralen Region, die so klein wie das Sonnensystem ist, abgeschossen werden und wie genau Materie in das Schwarze Loch fällt.

Mit der neuen EHT-Aufnahme des Schwarzen Lochs und seines Schattens in polarisiertem Licht ist es Astronomen erstmals gelungen, in den Bereich direkt außerhalb des Schwarzen Lochs zu blicken, in dem dieses Wechselspiel zwischen einströmender und ausgestoßener Materie stattfindet.

„Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs stark genug sind, um das heiße Gas zurückzudrängen und es der Schwerkraft zu widerstehen. Nur das Gas, das durch das Feld rutscht, kann sich nach innen zum Ereignishorizont drehen“, erklärt Jason Dexter, Assistant Professor an der University of Colorado Boulder, USA, und Koordinator der EHT Theory Working Group.


Yale-Forscher unter Astronomen, die in die Umgebung des Schwarzen Lochs von M87 blicken

Mit Daten, die 2017 von der Event Horizon Telescope Collaboration gesammelt wurden, haben Astronomen die Rolle von Magnetfeldern bei der Bildung relativistischer Jets untersucht, die aus dem Zentrum aktiver Galaxien emittiert werden.

Anastasia Shilov, Illustrationsredakteurin

Astronomen, darunter ein Yale-Forscher, nutzten Daten, die von der Event Horizon Telescope Collaboration (EHTC) gesammelt wurden, um Licht in die kosmische Umgebung um das Schwarze Loch von M87 zu bringen.

Das EHTC ist eine internationale Zusammenarbeit, die gegründet wurde, um ein langjähriges Ziel der Astrophysik zu erreichen: die unmittelbare Umgebung supermassereicher Schwarzer Löcher abzubilden, die sich im Zentrum von Galaxien befinden. Nach Beobachtungen im Jahr 2017 veröffentlichte die Kollaboration das allererste Bild eines Schwarzen Lochs in der Galaxie M87. In einer am 24. März veröffentlichten Studie nutzten Astronomen die 2017 gesammelten Daten, um den relativistischen Jet der M87-Galaxie zu verstehen, der Partikel mit nahezu Lichtgeschwindigkeit vom Schwarzen Loch emittiert. Die Forscher konzentrierten sich auf das Magnetfeld, das das Schwarze Loch umgibt, um seine Auswirkungen auf den Jet zu verstehen. Unter den an der Studie beteiligten Forschern ist Mislav Balokovic, Postdoc am Yale Center for Astronomy and Astrophysics.

„In diesem speziellen Papier, das eine Fortsetzung [der ursprünglichen EHTC-Arbeit] ist, haben wir jetzt Daten hinzugefügt, die gleichzeitig im April 2017 erhalten wurden, jedoch über einen sehr breiten Wellenlängen- oder Energiebereich“, sagte Balokovic. „Das Ziel dieser Beobachtungen war es, zu sehen, was der Jet des Schwarzen Lochs zum Zeitpunkt der Aufnahme des Bildes aussendete. Das hilft uns, die Emission des Jets des Schwarzen Lochs besser zu verstehen.“

Laut Geoffrey Bower, einem EHTC-Projektwissenschaftler, emittiert die Region um ein supermassereiches Schwarzes Loch hochenergetische Gammastrahlung, was für Astronomen eine Herausforderung darstellt, da es für Teleskope schwierig ist, diese Art von Licht zu beobachten. Die EHTC-Daten von 2017 wurden mit Radio-, optischen, Röntgen- und Gammastrahlen-Teleskopen gesammelt, die einen „sehr groben Blick auf den Himmel“ ohne Unterscheidung einzelner Sterne in der Galaxie lieferten. Bower sagte den News, dass Astronomen aus diesem Grund nicht feststellen konnten, ob die Gammastrahlung aus der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs, des relativistischen Jets oder einer Region, mit der der Jet interagiert, stammte.

Mit den Daten von 2017 hat die Studie alle Messungen zusammengestellt und theoretische Modelle erstellt, die zeigen konnten, dass die Gammastrahlung nicht aus der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs stammen kann.

„[Gammastrahlenemissionen] können nicht von diesem orange leuchtenden Ring ausgehen, den Sie gesehen haben“, sagte Bower. „Es muss von weiter draußen kommen, und das bedeutet wahrscheinlich, dass es aus einer Region kommt, in der Gas aus dem Schwarzen-Loch-System ausgestoßen wird, und vielleicht entsteht ein Schock, der dort entsteht, wo die Gaspartikel in jedes eindringen.“ andere. Einige von ihnen werden schneller ausgeworfen als andere, und sie holen sich ein und rammen sich ineinander. Das regt die Teilchen an und sie produzieren diese wirklich hohe Energie.“

Um den Ursprung dieser Gammastrahlen-Emissionen gezielt zu bestimmen, verwendeten die Forscher Polarisationsbeobachtungen, um das Magnetfeld von M87* – dem Schwarzen Loch im Zentrum der M87-Galaxie – zu beobachten und seine Auswirkungen auf den Jet zu bestimmen, so das Papier .

Daniel Marrone, Co-Forscher des EHTC und Mitglied des Wissenschaftsrates und außerordentlicher Professor für Astronomie an der University of Arizona, erklärte, dass Licht in zwei Polarisationskomponenten zerlegt werden kann – vertikal oder horizontal. Sie kann auch in zirkulare Polarisation umgewandelt werden. Er sagte den News, dass EHTC, ​​als EHTC das 2019 veröffentlichte Originalbild von M87* erstellte, die beiden Polarisationskomponenten kombinierte, aber für diese Studie wurden sie getrennt behandelt.

„Da wir Synchrotronstrahlung betrachten, bei der sich Elektronen spiralförmig um magnetische Feldlinien drehen, ist sie intrinsisch stark polarisiert“, sagte Marrone. „Wenn Sie sich ein Elektron vorstellen, das nur im Kreis herumläuft, haben die Schwingungen des elektrischen Felds nur eine Ebene. Die Suche nach einem Überschuss einer Polarisation gegenüber der anderen sagt Ihnen etwas über die Struktur der Magnetfelder, die diese Elektronen spiralförmig drehen.“

Laut Marrone spielen Magnetfelder eine Rolle bei der Akkretion von Materie – also dem Prozess, bei dem Schwarze Löcher umgebendes Gas anziehen –, aber das Ausmaß dieser Rolle war viele Jahre lang nicht klar. Diese Studie ergab, dass das Magnetfeld aufgrund der Polarisation in der Region und ihrer kreisförmigen Richtung um das Schwarze Loch „in alle Richtungen aus dem Schwarzen Loch kommen muss“. Marrone sagte, dass dazu das Magnetfeld des Schwarzen Lochs sehr stark sein muss – was bedeutet, dass es den Spin und die Rotation der Teilchen steuert, die das Schwarze Loch umgeben.

Angelo Ricarte GRD ’19, Stipendiat des Institute for Theory and Computation am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, sagte den News, dass Astronomen glauben, dass Jets für die kosmische Gesamtentwicklung von Galaxien wichtig sind. Er erklärte, dass diese Jets Energie in das Gas innerhalb von Galaxien injizieren und so die Bildung neuer Sterne verhindern. Aus diesem Grund glauben Astronomen, dass aktive Jets eine bedeutende Rolle dabei spielen könnten, die Sternentstehung zu verlangsamen und damit Galaxien „rot und tot“ zu halten.


Wie Radioschüsseln Unterringe erkennen können

Die Photonen, die die Unterringe verfolgen, sind vorübergehende Geiseln des Schwarzen Lochs, deren Flugbahn durch seine Schwerkraft abgelenkt wird. Ein Photon landet in einem bestimmten Teilring, je nachdem, wie viele Halbumläufe es um das Schwarze Loch absolviert hat, bevor es entkommt, um uns zu erreichen. Je mehr Schleifen abgeschlossen sind, desto dünner ist der Teilring und desto näher liegt er im Bild am Ereignishorizont.

Wie sich diese Unterringe in Dicke, Form und Helligkeit ändern, wenn Sie von einem Unterring zum nächsten gehen, hängt davon ab, wie das Schwarze Loch die Raumzeit um sich selbst verzerrt. Diese Geometrie wiederum hängt von der Masse und dem Spin des Schwarzen Lochs ab. Das Studium der Unterringe könnte uns also nicht nur eine neue Möglichkeit geben, die Gravitationslandschaft zu „sehen“, sondern uns auch die beiden Eigenschaften aufzeigen, die ein Schwarzes Loch definieren.

Supermassereiche Schwarze Löcher werfen effektiv einen Schatten auf das Licht des heißen, glühenden Gases, das sie umgibt (Bild ganz links). Um den Schatten herum liegt ein heller Photonenring. Aber der Photonenring ist kein einzelner Ring: Er besteht aus einer Reihe von zunehmend schärferen Unterringen. Jeder Unterring nein wird von Photonen erzeugt, die um das Schwarze Loch gewandert sind n/2 mal vor Erreichen des Beobachters (neinvon 0, 1 und 2 von links nach rechts gezeigt). Diese Unterringe stapeln sich, um das vollständige Bild zu ergeben.
Michael D. Johnson (CfA) und George Wong (UIUC)

Hier kommt das globale Netzwerk von Radioteleskopen des Event Horizon Telescope ins Spiel. Das EHT beobachtet mit einer Technik namens sehr lange Basislinieninterferometrie, oder VLBI. Es kombiniert Beobachtungen, die von mehreren Teleskoppaaren aufgenommen wurden, um ein Bild zu rekonstruieren. Jedes Paar von Radioschüsseln erkennt Gegenstände in einem anderen Maßstab, abhängig von der Trennung der Schüsseln, genannt a Grundlinie. Längere Basislinien nehmen eine kleinere Struktur auf.

Im Moment erkennt das EHT nur einen geschwollenen Photonenring um das Schwarze Loch von M87. Aber wenn Forscher das Array in den Weltraum ausdehnen, hätten sie lange genug Basislinien, um auf die Dicke des Rings zuzugreifen, erklärt Co-Autor Michael Johnson (Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian). Und da jeder Teilring eine andere Dicke hat, nimmt jede Basislinie nur Photonen von einem bestimmten Teilring und denjenigen auf, die schmaler sind als dieser, die sich in den Daten wie eine abgestufte Hochzeitstorte stapeln, schreibt das Team am 18. März in Wissenschaftliche Fortschritte.

Mit zwei weltraumgestützten Teleskopen – sagen wir, einem geosynchronen Satelliten und einer Station auf dem Mond – könnte das EHT erkennen, wo verschiedene Unterringe verschwinden. Es könnte auch den Durchmesser des Photonenrings messen, der die Masse des Schwarzen Lochs angibt. Wenn der Photonenring nicht perfekt kreisförmig, sondern gequetscht ist, könnte dies Astronomen den Spin des Schwarzen Lochs anzeigen.

Die Teilringe sind eine einzigartige Vorhersage der Allgemeinen Relativitätstheorie, die jahrzehntelang unentdeckt blieb, sagen Johnson und Alexandru Lupsasca (Harvard). Nachdem sie die grobe Idee hatten, verbrachte Lupsasca ein paar Monate mit einem Mitarbeiter, um die zermürbenden Berechnungen durchzuarbeiten. Die Ergebnisse bestätigten ihre Subring-Hypothese.

„Es ist ein großartiges Papier, weil es das Problem aus allen Blickwinkeln behandelt“, sagt der Theoretiker Samuel Gralla (University of Arizona) – neue Theorie, neue Simulationen, die die Unterringe zeigen, und neue Ideen, um sie in der Natur zu beobachten, erklärt er. Gralla und seine Kollegen hatten ungefähr zur gleichen Zeit wie das Team von Johnson und Lupsasca über Unterringe nachgedacht, und seitdem hat er sich mit Lupsasca zusammengetan, um in die Details einzutauchen.

Diese Animation zeigt, wie ein Bild eines Schwarzen Lochs aus mehreren Photonen-Unterringen und den Flugbahnen der Photonen entsteht, die das Bild erzeugen. Schwarze Löcher werfen einen Schatten auf das Leuchten der umgebenden Materie, weil ihr starkes Gravitationsfeld Licht biegen und einfangen kann. Der Schatten wird von einem hellen Lichtring begrenzt, der Photonen entspricht, die in der Nähe des Schwarzen Lochs vorbeikommen, bevor sie entkommen. Aber der Ring ist eigentlich kein einzelner Ring, sondern ein Stapel immer schärferer Unterringe. Der n-te Unterring entspricht Photonen, die das Schwarze Loch n/2-mal umkreisten, bevor sie den Beobachter erreichten.
Zentrum für Astrophysik, Harvard & Smithsonian


Astronomen bilden Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs von M87 ab

Die Zusammenarbeit mit dem Event Horizon Telescope (EHT), die das erste Bild eines Schwarzen Lochs überhaupt erstellt hat, hat heute eine neue Ansicht des massereichen Objekts im Zentrum der Galaxie Messier 87 (M87) enthüllt: wie es in polarisiertem Licht aussieht. Dies ist das erste Mal, dass Astronomen die Polarisation, eine Signatur von Magnetfeldern, so nahe am Rand eines Schwarzen Lochs messen können. Die Beobachtungen sind der Schlüssel zur Erklärung, wie die 55 Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie M87 in der Lage ist, energiegeladene Jets aus ihrem Kern zu starten.

„Wir sehen jetzt den nächsten entscheidenden Beweis, um zu verstehen, wie sich Magnetfelder um Schwarze Löcher verhalten und wie Aktivitäten in dieser sehr kompakten Region des Weltraums mächtige Jets antreiben können, die sich weit über die Galaxie hinaus erstrecken“, sagt Monika Mo?cibrodzka, Koordinatorin der EHT Polarimetry Working Group und Assistant Professor an der Radboud University in den Niederlanden.

Am 10. April 2019 veröffentlichten Wissenschaftler das allererste Bild eines Schwarzen Lochs (https://www.eso.org/public/news/eso1907/ ), das eine helle ringförmige Struktur mit einer dunklen Zentralregion – dem Schwarzen the Lochschatten (https://www.eso.org/public/images/eso1907a/ ). Seitdem hat sich die EHT-Kollaboration tiefer in die 2017 gesammelten Daten des supermassereichen Objekts im Herzen der M87-Galaxie vertieft. Sie haben entdeckt, dass ein erheblicher Teil des Lichts um das Schwarze Loch M87 herum polarisiert ist.

„Diese Arbeit ist ein wichtiger Meilenstein: Die Polarisation des Lichts trägt Informationen, die es uns ermöglichen, die Physik hinter dem Bild, das wir im April 2019 gesehen haben, besser zu verstehen, was zuvor nicht möglich war“, erklärt Iván Martí-Vidal, ebenfalls Koordinator der EHT Polarimetry Working Group und GenT Distinguished Researcher an der Universität von Valencia, Spanien. Er fügt hinzu, dass "die Enthüllung dieses neuen Polarisationslichtbildes aufgrund der komplexen Techniken zur Gewinnung und Analyse der Daten jahrelange Arbeit erforderte."

Licht wird polarisiert, wenn es bestimmte Filter passiert, wie die Gläser polarisierter Sonnenbrillen, oder wenn es in heißen Regionen des Weltraums emittiert wird, in denen Magnetfelder vorhanden sind. Genauso wie polarisierte Sonnenbrillen uns helfen, besser zu sehen, indem sie Reflexionen und Blendungen von hellen Oberflächen reduzieren, können Astronomen ihren Blick auf die Region um das Schwarze Loch schärfen, indem sie sich ansehen, wie das von ihm ausgehende Licht polarisiert ist. Insbesondere die Polarisation ermöglicht es Astronomen, die magnetischen Feldlinien am inneren Rand des Schwarzen Lochs zu kartieren.

„Die neu veröffentlichten polarisierten Bilder sind der Schlüssel zum Verständnis, wie das Magnetfeld dem Schwarzen Loch ermöglicht, Materie zu ‚essen‘ und leistungsstarke Jets zu starten“, sagt Andrew Chael, Mitglied der EHT-Kollaboration, Hubble Fellow der NASA am Princeton Center for Theoretical Science and the Princeton Prince Schwerkraftinitiative in den USA.

Die hellen Energie- und Materiestrahlen, die aus dem Kern von M87 (https://www.eso.org/public/images/eso1907c/ ) austreten und sich mindestens 5000 Lichtjahre von ihrem Zentrum aus erstrecken, gehören zu den mysteriösesten und energiereichsten der Galaxie Eigenschaften. Die meiste Materie, die nahe am Rand eines Schwarzen Lochs liegt, fällt hinein. Einige der umgebenden Teilchen entweichen jedoch kurz vor dem Einfangen und werden in Form von Jets weit in den Weltraum geblasen.

Astronomen haben sich auf verschiedene Modelle verlassen, wie sich Materie in der Nähe des Schwarzen Lochs verhält, um diesen Prozess besser zu verstehen. Aber sie wissen immer noch nicht genau, wie Jets, die größer als die Galaxie sind, aus ihrer zentralen Region, die in ihrer Größe mit dem Sonnensystem vergleichbar ist, gestartet werden und wie genau Materie in das Schwarze Loch fällt. Mit der neuen EHT-Aufnahme des Schwarzen Lochs und seines Schattens in polarisiertem Licht ist es Astronomen erstmals gelungen, in den Bereich direkt außerhalb des Schwarzen Lochs zu blicken, in dem dieses Wechselspiel zwischen einströmender und ausgestoßener Materie stattfindet.

Die Beobachtungen liefern neue Informationen über die Struktur der Magnetfelder außerhalb des Schwarzen Lochs. Das Team fand heraus, dass nur theoretische Modelle mit stark magnetisiertem Gas erklären können, was sie am Ereignishorizont sehen.

„Die Beobachtungen deuten darauf hin, dass die Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs stark genug sind, um das heiße Gas zurückzudrängen und es der Anziehungskraft der Schwerkraft zu widerstehen. Nur das Gas, das durch das Feld rutscht, kann sich nach innen zum Ereignishorizont drehen“, erklärt Jason Dexter , Assistant Professor an der University of Colorado Boulder, USA, und Koordinator der EHT Theory Working Group.

Um das Herz der M87-Galaxie zu beobachten, verband die Zusammenarbeit acht Teleskope auf der ganzen Welt – darunter das im Norden Chiles ansässige Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA – https://www.eso.org/public/teles-instr/ alma/ ) und das Atacama Pathfinder EXperiment (APEX - https://www.eso.org/public/teles-instr/apex/ ), an dem die Europäische Südsternwarte (ESO) beteiligt ist, um eine virtuelle Erde zu erschaffen -großes Teleskop, das EHT. Die mit dem EHT erzielte beeindruckende Auflösung entspricht der, die benötigt wird, um die Länge einer Kreditkarte auf der Mondoberfläche zu messen.

„Mit ALMA und APEX, die durch ihre südliche Lage die Bildqualität verbessern, indem sie das EHT-Netzwerk geografisch erweitern, konnten europäische Wissenschaftler eine zentrale Rolle in der Forschung spielen“, sagt Ciska Kemper, European ALMA Program Scientist bei der ESO. "ALMA dominiert mit seinen 66 Antennen die gesamte Signalsammlung bei polarisiertem Licht, während APEX für die Kalibrierung des Bildes unerlässlich war."

"ALMA-Daten waren auch entscheidend für die Kalibrierung, Abbildung und Interpretation der EHT-Beobachtungen, da sie den theoretischen Modellen, die erklären, wie sich Materie in der Nähe des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs verhält, enge Grenzen gesetzt haben", fügt Ciriaco Goddi, Wissenschaftler an der Radboud University und dem Leiden Observatory, der Niederlande, die eine Begleitstudie (https://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso2105/ eso2105c.pdf) leitete, die sich ausschließlich auf ALMA-Beobachtungen stützte.

The EHT setup allowed the team to directly observe the black hole shadow and the ring of light around it, with the new polarised-light image clearly showing that the ring is magnetised. The results are published today in two separate papers in The Astrophysical Journal Letters by the EHT collaboration. The research involved over 300 researchers from multiple organisations and universities worldwide.

"The EHT is making rapid advancements, with technological upgrades being done to the network and new observatories being added. We expect future EHT observations to reveal more accurately the magnetic field structure around the black hole and to tell us more about the physics of the hot gas in this region," concludes EHT collaboration member Jongho Park, an East Asian Core Observatories Association Fellow at the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Taipei.

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This research was presented in two papers by the EHT collaboration published today in The Astrophysical Journal Letters: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" (doi: 10.3847/2041-8213/abe71d) and "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon" (doi: 10.3847/2041-8213/abe4de). Accompanying research is presented in the paper "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA" (doi: 10.3847/2041-8213/abee6a) by Goddi, Martí-Vidal, Messias, and the EHT collaboration, which has been accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters.

The EHT collaboration involves more than 300 researchers from Africa, Asia, Europe, North and South America. The international collaboration is working to capture the most detailed black hole images ever obtained by creating a virtual Earth-sized telescope. Supported by considerable international investment, the EHT links existing telescopes using novel systems -- creating a fundamentally new instrument with the highest angular resolving power that has yet been achieved.

The individual telescopes involved are: ALMA, APEX, the Institut de Radioastronomie Millimetrique (IRAM) 30-meter Telescope, the IRAM NOEMA Observatory, the James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), the Large Millimeter Telescope (LMT), the Submillimeter Array (SMA), the Submillimeter Telescope (SMT), the South Pole Telescope (SPT), the Kitt Peak Telescope, and the Greenland Telescope (GLT).

The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes: the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the University of Chicago, the East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, Radboud University and the Smithsonian Astrophysical Observatory.

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world's most productive ground-based astronomical observatory by far. It has 16 Member States: Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its world-leading Very Large Telescope Interferometer as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world's largest and most sensitive gamma-ray observatory. ESO is also a major partner in two facilities on Chajnantor, APEX and ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre Extremely Large Telescope, the ELT, which will become "the world's biggest eye on the sky".

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the Ministry of Science and Technology (MOST) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). Der Bau und der Betrieb von ALMA werden von der ESO im Auftrag ihrer Mitgliedstaaten vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO), verwaltet von Associated Universities, Inc. (AUI), im Auftrag von Nordamerika und vom National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ .) geleitet ) im Namen Ostasiens. Das Joint ALMA Observatory (JAO) sorgt für die einheitliche Leitung und Verwaltung des Baus, der Inbetriebnahme und des Betriebs von ALMA.

The BlackHoleCam research group was awarded the European Research Council 󌌾 million Synergy Grant in 2013. The Principal Investigators are Heino Falcke, Luciano Rezzolla and Michael Kramer and the partner institutes are JIVE, IRAM, MPE Garching, IRA/INAF Bologna, SKA and ESO. BlackHoleCam is part of the Event Horizon Telescope collaboration.

Monika Mo?cibrodzka
Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel: +31-24-36-52485
Email: [email protected]

Ivan Martí Vidal
Universitat de València
Burjassot, València, Spain
Tel: +34 963 543 078
Email: [email protected]

Ciska Kemper
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Tel: +49(0)89-3200-6447
Email: [email protected]

Andrew Chael
Princeton University Center for Theoretical Science
Princeton, New Jersey, USA
Email: [email protected]

Jason Dexter
University of Colorado Boulder
Boulder, Colorado, USA
Tel: +1 303-492-7836
Email: [email protected]

Jongho Park
Academia Sinica, Institute of Astronomy and AstrophysicsTaipei
Tel: +886-2-2366-5462
Email: [email protected]

Ciriaco Goddi
Radboud University and Leiden Observatory
Nijmegen and Leiden, The Netherlands
Email: [email protected]

Sara Issaoun
EHT collaboration member at Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Tel: +31 (0)6 84526627
Email: [email protected]

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, Joint Institute for VLBI ERIC
Dwingeloo, The Netherlands
Tel: +31-521-596515
Cell: +31-62120 1419
Email: [email protected]

Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist, Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
Cell: +1 (510) 847-1722
Email: [email protected]

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Cell: +49 151 241 664 00
Email: [email protected]

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What Exactly Should We See When a Star Splashes into a Black Hole Event Horizon?

At the center of our Milky Way galaxy dwells a behemoth. An object so massive that nothing can escape its gravitational pull, not even light. In fact, we think most galaxies have one of them. They are, of course, supermassive black holes.

Supermassive black holes are stars that have collapsed into a singularity. Einstein’s General Theory of Relativity predicted their existence. And these black holes are surrounded by what’s known as an event horizon, which is kind of like the point of no return for anything getting too close to the black hole. But nobody has actually proven the existence of the event horizon yet.

Some theorists think that something else might lie at the center of galaxies, a supermassive object event stranger than a supermassive black hole. Theorists think these objects have somehow avoided a black hole’s fate, and have not collapsed into a singularity. They would have no event horizon, and would have a solid surface instead.

“Our whole point here is to turn this idea of an event horizon into an experimental science, and find out if event horizons really do exist or not,” – Pawan Kumar Professor of Astrophysics, University of Texas at Austin.

A team of researchers at the University of Texas at Austin and Harvard University have tackled the problem. Wenbin Lu, Pawan Kumar, and Ramesh Narayan wanted to shed some light onto the event horizon problem. They wondered about the solid surface object, and what would happen when an object like a star collided with it. They published their results in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Artist’s conception of the event horizon of a black hole. Credit: Victor de Schwanberg/Science Photo Library

“Our whole point here is to turn this idea of an event horizon into an experimental science, and find out if event horizons really do exist or not,” said Pawan Kumar, Professor of Astrophysics at The University of Texas at Austin, in a press release.

Since a black hole is a star collapsed into a singularity, it has no surface area, and instead has an event horizon. But if the other theory turns out to be true, and the object has a solid surface instead of an event horizon, then any object colliding with it would be destroyed. If a star was to collide with this hard surface and be destroyed, the team surmised, then the gas from the star would enshroud the object and shine brightly for months, or even years.

This is the first in a sequence of two artist’s impressions that shows a huge, massive sphere in the center of a galaxy, rather than a supermassive black hole. Here a star moves towards and then smashes into the hard surface of the sphere, flinging out debris. The impact heats up the site of the collision. Bild:
Mark A. Garlick/CfA In this second artist’s impression a huge sphere in the center of a galaxy is shown after a star has collided with it. Enormous amounts of heat and a dramatic increase in the brightness of the sphere are generated by this event. The lack of observation of such flares from the center of galaxies means that this hypothetical scenario is almost completely ruled out. Image: Mark A. Garlick/CfA

If that were the case, then the team knew what to look for. They also worked out how often this would happen.

“We estimated the rate of stars falling onto supermassive black holes,” Lu said in the same press release. “Nearly every galaxy has one. We only considered the most massive ones, which weigh about 100 million solar masses or more. There are about a million of them within a few billion light-years of Earth.”

Now they needed a way to search the sky for these objects, and they found it in the archives of the Pan-STARRS telescope. Pan-STARRS is a 1.8 meter telescope in Hawaii. That telescope recently completed a survey of half of the northern hemisphere of the sky. In that survey, Pan-STAARS spent 3.5 years looking for transient objects in the sky, objects that brighten and then fade. They searched the Pan-STARR archives for transient objects that had the signature they predicted from stars colliding with these supermassive, hard-surfaced objects.

The trio predicted that in the 3.5 year time-frame captured by the Pan-STAARS survey, 10 of these collisions would occur and should be represented in the data.

“It turns out it should have detected more than 10 of them, if the hard-surface theory is true.” – Wenbin Lu, Dept. of Astronomy, University of Texas at Austin.

“Given the rate of stars falling onto black holes and the number density of black holes in the nearby universe, we calculated how many such transients Pan-STARRS should have detected over a period of operation of 3.5 years. It turns out it should have detected more than 10 of them, if the hard-surface theory is true,” Lu said.

The team found none of the flare-ups they expected to see if the hard-surface theory is true.

“Our work implies that some, and perhaps all, black holes have event horizons…” – Ramesh Narayan, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

What might seem like a failure, isn’t one of course. Not for Einstein, anyway. This represents yet another successful test of Einstein’s Theory of General Relativity, showing that the event horizon predicted in his theory does seem to exist.

As for the team, they haven’t abandoned the idea yet. In fact, according to Pawan Kumar, Professor of Astrophysics, University of Texas at Austin, “Our motive is not so much to establish that there is a hard surface, but to push the boundary of knowledge and find concrete evidence that really, there is an event horizon around black holes.”

“General Relativity has passed another critical test.” – Ramesh Narayan, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

“Our work implies that some, and perhaps all, black holes have event horizons and that material really does disappear from the observable universe when pulled into these exotic objects, as we’ve expected for decades,” Narayan said. “General Relativity has passed another critical test.”

The team plans to continue to look for the flare-ups associated with the hard-surface theory. Their look into the Pan-STARRS data was just their first crack at it.

An artist’s illustration of the Large Synoptic Survey Telescope with a simulated night sky. The team hopes to use the LSST to further refine their search for hard-surface supermassive objects. Image: Todd Mason, Mason Productions Inc. / LSST Corporation

They’re hoping to improve their test with the upcoming Large Synoptic Survey Telescope (LSST) being built in Chile. The LSST is a wide field telescope that will capture images of the night sky every 20 seconds over a ten-year span. Every few nights, the LSST will give us an image of the entire available night sky. This will make the study of transient objects much easier and effective.


Event Horizon Telescope reveals inner workings of quasar’s jet

Zooming in on quasar 3C 279, the Event Horizon Telescope array reveals the origin of a high-speed jet blasting away from a supermassive black hole. Lower resolution views, like those at upper and lower left, are unable to discern the interior structure. Image: J.Y. Kim (MPIfR), Boston University Blazar Program (VLBA and GMVA), and Event Horizon Telescope Collaboration

The Event Horizon Telescope a globe-spanning radio telescope array that captured the first images of a black hole’s shadow last year, has also allowed astronomers to resolve fine details of a jet blasting away from the supermassive black hole at the heart of a distant quasar.

Known as 3C 279, the quasar is some five billion light years away in the constellation Virgo. It hosts a supermassive black hole a billion times heavier than the Sun that shoots out jets at nearly the speed of light.

Combining data captured by multiple telescopes in 2017, the EHT was able to achieve a resolution of 20 micro-arcseconds, equivalent to an ability to distinguishing an orange on the surface of the moon. For 3C 279, that translated into resolving structures less than one-light year across.

That level of clarity allowed researchers to follow one jet down to the accretion disc around the black hole at the core of 3C 279, showing an unexpected twisted shape at its base and possible indicators of the poles of the accretion disc.

“For 3C 279, the combination of the transformative resolution of the EHT and new computational tools for interpreting its data have proved revelatory,” said Avery Broderick, an astrophysicist at the Perimeter Institute. “What was a single radio ‘core’ is now resolved into two independent complexes. And they move. Even on scales as small as light-months, the jet in 3C 279 is speeding toward us at more than 99.5 percent of light speed.”

The video below shows the motion of the jet over a few days:

A paper describing the observations, led by Jae-Young Kim, a researcher at the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) in Bonn, was accepted for publication in Astronomie und Astrophysik.

EHT observation windows occur once a year during early spring in the northern hemisphere, but the March-April 2020 campaign was canceled in the wake of the COVID-19 coronavirus pandemic. Instead, researchers are plowing through data collected in 2017 and 2018 and hope to resume observations next year after upgrading the EHT network.

“The EHT array is always improving,” said Shep Doeleman, founding director of the EHT collaboration. “These new quasar results demonstrate that the unique EHT capabilities can address a wide range of science questions, which will only grow as we continue to add new telescopes to the array. Our team is now working on a next-generation EHT array that will greatly sharpen the focus on black holes and allow us to make the first black hole movies.”