Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Tief ins Herz der Milchstraße

04.12.2015

Ein internationales Forscherteam unter Beteiligung von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn hat Radioteleskope zu einem globalen Netzwerk verbunden, um so die Magnetfeldstruktur in der unmittelbaren Umgebung des zentralen Schwarzen Lochs in unserer Milchstraße zu erfassen.

Die Beobachtungen wurden im Rahmen des Projekts “Event-Horizon-Teleskop” durchgeführt, das ein Netzwerk von Radioteleskopen bei Millimeter-Wellenlängen miteinander verbindet. Die Messungen zeigen nicht nur Details in der polarisierten Radiostrahlung bei hoher Winkelauflösung, sondern auch Fluktuationen im Magnetfeld auf kurzen Zeitskalen.


Künstlerische Darstellung des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße.

CfA/M. Weiss

Die meisten Menschen stellen sich Schwarze Löcher vor wie gewaltige Staubsauger, die alles verschlucken, was ihnen zu nahe kommt. Tatsächlich könnte man die supermassereichen Schwarzen Löcher, die in Zentren vieler Galaxien zu finden sind, eher als kosmische Kraftwerke betrachten, die die Energie des einfallenden Materials in intensive Strahlung umwandeln, die das Gesamtlicht aller umgebenden Sterne bei weitem übertrifft.

Die Rotation eines solchen Schwarzen Lochs erzeugt energiereiche Materiestrahlen oder Jets, die Tausende von Lichtjahren nach außen reichen und dabei die Galaxien komplett umformen können. Es wird angenommen, dass die zentralen kosmischen Kraftwerke in den Galaxien durch Magnetfelder angetrieben werden.

Zum ersten Mal ist es nun gelungen, Magnetfelder direkt am Ereignishorizont des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße zu beobachten.

„Es ist sehr wichtig, dass wir die Funktionsweise dieser Magnetfelder verstehen. Niemandem sonst ist es bis jetzt gelungen, die Magnetfeldstruktur so nahe am Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs abzubilden“, sagt Michael Johnson vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), der Erstautor der Veröffentlichung in der Fachzeitschrift „Science“, Ausgabe vom 4. Dezember 2015.

“Die Existenz solcher Magnetfelder wurde seit langem vorhergesagt, aber keiner hat sie bis jetzt nachweisen können. Unsere Daten bilden ein solides Beobachtungsfundament zur Untermauerung von Jahrzehnten theoretischer Arbeit“, fügt Shep Doeleman vom CfA, der Leiter des Forschungsprojekts, hinzu.

Der Nachweis gelang mit dem Event-Horizon-Teleskop (EHT), einem globalen Netzwerk von Radioteleskopen, die miteinander verbunden ein gewaltiges Teleskop von fast Erdgröße darstellen. Je größer ein Teleskop, desto schärfer die damit gewonnenen Bilder; mit dem EHT wird die Auflösung von Strukturen von nur noch 15 Mikrobogensekunden möglich (eine Bogensekunde ist der 3600ste Teil eines Grades, und 15 Mikrobogensekunden entsprechen der Größe eines Golfballs auf dem Mond).

Diese hohe Auflösung ist deswegen erforderlich, weil es sich bei Schwarzen Löchern um die kompaktesten Objekte im Universum handelt. Das zentrale Schware Loch in unserer Milchstraße trägt die Bezeichnung Sagittarius A* (oder Sgr A*, ausgesprochen “A-Stern”) und es wiegt ca. vier Millionen mal mehr als unsere Sonne.

Seine „Grenze“ (der sogenannte „Ereignishorizont“) ist jedoch kleiner als die Umlaufbahn von Merkur um die Sonne. Da die Entfernung von uns rund 25000 Lichtjahre beträgt, entspricht die scheinbare Ausdehnung des Ereignishorizonts gerade einmal 10 Mikrobogensekunden – das ist unglaublich wenig. Glücklicherweise führt die intensive Schwerkraft des Schwarzen Lochs zur Krümmung des Lichts und damit zur Vergrößerung des Ereignishorizonts auf ca. 50 Mikrobogensekunden, die mit dem EHT leicht aufgelöst werden können.

Mit dem Event-Horizon-Teleskop werden Beobachtungen bei einer Wellenlänge von 1,3 mm durchgeführt. Das Forschungsteam konnte auch die lineare Polarisation der aufgenommenen Strahlung messen. Sonnenlicht wird z.B. durch Reflektion linear polarisiert. Das wird bei Sonnenbrillen ausgenutzt, bei denen die Polarisation der Gläser zu reduzierter Helligkeit und verminderter Blendung führt. Bei der Radioquelle Sgr A* wird polarisierte Strahlung durch die Spiralbewegung von Elektronen entlang von magnetischen Feldlinien erzeugt. Dadurch wird in der polarisierten Radiostrahlung die Struktur des Magnetfeldes abgebildet.

Sgr A* ist umgeben von einer Akkretionsscheibe aus Materie, die um das zentrale Schwarze Loch rotiert. Das Forschungsteam hat herausgefunden, dass die Magnetfelder in einigen Bereichen nahe der Zentralquelle eine sehr chaotische Struktur zeigen, mit verwirbelten Schleifen und Windungen in der Art von miteinander verflochtenen Spaghetti. Im Gegensatz dazu zeigen andere Bereiche eine eher reguläre Struktur, möglicherweise gerade in den Bereichen, in denen Materiestrahlen (Jets) erzeugt werden.

Darüber hinaus konnten Fluktuationen des Magnetfelds auf Zeitskalen von nur ca. 15 Minuten nachgewiesen werden.

“Unsere Messunmgen zeigen, dass das Zentrum unserer Milchstraße ein viel dynamischerer Ort ist als wir uns das bis jetzt vorstellen konnten”, sagt Michael Johnson. „Die Magnetfelder tanzen förmlich über den gesamten Bereich.“

Für die Beobachtungen wurden astronomische Einrichtungen an drei verschiedenen Orten eingesetzt: das Submillimeter-Array (SMA) und das James-Clerk-Maxwell-Teleskop (JCMT, beide auf dem Mauna Kea in Hawaii), das Submillimeter-Teleskop (SMT) auf dem Mt. Graham in Arizona, sowie das „Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy“ (CARMA) nahe Bishop in Kalifornien.

„Durch die weitere Zunahme von Daten wird das EHT-Projekt eine immer bessere Winkelauflösung erreichen, mit dem ultimativen Ziel der direkten Abbildung des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs“, sagt Anton Zensus, Direktor am MPIfR und Leiter der Forschungsabteilung „Radioastronomie/VLBI“ am Institut.

„Die Verbindung mit zusätzlichen großen Millimeter-Teleskopen wie den beiden IRAM-Teleskopen in Europa sowie ALMA und APEX in Chile wird die Abbildungsqualitäten des Systems nochmals steigern und es uns ermöglichen, Änderungen in der Polarisation zu beobachten, verursacht durch Materie, die um das Schwarze Loch wirbelt“, erklärt Thomas Krichbaum, ebenfalls vom MPIfR.

„Der einzige Weg, ein erdumspannendes Teleskop zu realisieren, ist der Aufbau eines globalen Wissenschaftlerteams, die alle zusammen an diesem Projekt arbeiten. Damit kommt unser EHT-Team einen wichtigen Schritt näher an die Lösung eines zentralen Paradoxons in der Astronomie: warum sind die Schwarzen Löcher so hell?“ schließt Shep Doeleman.


Das Forschungsteam umfasst Michael D. Johnson, den Erstautor, Sheperd S. Doeleman, Lindy Blackburn, Ray Blundell, Andrew A. Chael, Mark A. Gurwell, Michael Kosowsky, Abraham Loeb, James M. Moran, Ramesh Narayan, Rurik A. Primiani, Katherine Rosenfeld, Laura Vertatschitsch, Jonathan Weintroub, Ken H. Young (alle vom Harvard-Smithsonian CfA), Vincent L. Fish, Kazunori Akiyama, Christopher Beaudoin, Roger Cappallo, Geoffrey B. Crew, Alan E. E. Rogers, Jason SooHoo, Michael Titus (alle vom Haystack Observatory), Daniel P. Marrone, Robert Freund, Dimitrios Psaltis, Lucy M. Ziurys (Steward Observatory), Richard L. Plambeck, Matt Dexter, David MacMahon, Melvyn Wright (Dep. of Astronomy, UCB), John F. C. Wardle (Dep. of Physics, Brandeis Univ.), Keiichi Asada, Paul T. P. Ho, Makoto Inoue (Inst. Astron. Astrophys., Taipei), Geoffrey C. Bower (ASIAA, Hilo), Christiaan Brinkerink, Remo P. J. Tilanus (Radboud Univ. Nijmegen), Avery E. Broderick (Inst. Theor. Phys., Waterloo), Jason Dexter (MPE Garching), Per Friberg (JCMT, Hilo), Jonathan C. McKinney, Roman Gold (Univ. of Maryland), Mareki Honma (NAOJ, Tokyo), James Lamb (OVRO, CalTech).

Vom MPIfR sind Thomas P. Krichbaum, Ru-Sen Lu und J. Anton Zensus als Wissenschaftler am Forschungsteam beteiligt..

Das EHT-Projekt wird über die “National Science Foundation” (NSF) und die “Gordon and Betty Moore Foundation” gefördert.

Originalveröffentlichung:

Resolved magnetic-field structure and variability near the event horizon of Sagittarius A*, Michael D. Johnson et al., Science, Ausgabe 4. Dezember 2015. DOI: 10.1126
http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.aac7087
(nach Ablauf des Embargos)

Lokaler Kontakt:

Dr. Thomas Krichbaum,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-295
E-mail: tkrichbaum@mpifr-bonn.mpg.de

Prof. Dr. Anton Zensus
Direktor und Leiter der Forschungsabteilung Radioastronomie/VLBI
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-298 (Sekretariat)
E-mail: azensus@mpifr-bonn.mpg.de

Dr. Norbert Junkes,
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit,
Max-Planck-Institut für Radioastronomie, Bonn.
Fon: +49 228 525-399
E-mail: njunkes@mpifr-bonn.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.mpifr-bonn.mpg.de/pressemeldungen/2015/8

Norbert Junkes | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht MADMAX: Ein neues Experiment zur Erforschung der Dunklen Materie
20.10.2017 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung
20.10.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise