Verhängnisvolle Anziehungskraft! Warum faszinieren uns Schwarze Löcher so?

Wenn du in den Abgrund starrst

Der Abgrund starrt dich auch an

April 2019

Erstes Foto eines Schwarzen Lochs veröffentlicht

Zum ersten Mal blickten die Menschen wirklich in den Abgrund des Universums

(Das erste Foto eines Schwarzen Lochs, das jemals von Menschen aufgenommen wurde, Bildquelle: @EHT Collaboration, getaggt mit @小黑/星球研究院)

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Zu diesem Zeitpunkt

Distanzforscher bezweifeln, ob Schwarze Löcher existieren

Mehr als hundert Jahre sind vergangen

Für Schwarze Löcher

Dies ist nur ein kurzer Moment

Aber für den Menschen

Es ist eine lange Reise, die die Vorstellungskraft ständig untergräbt.

Es war dieser ideologische Sturm, der mehr als hundert Jahre andauerte.

Dies hat es uns ermöglicht, diesen Artikel zu schreiben.

Bringt dich in den dunkelsten Abgrund des Universums

(Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs, Bildquelle @wikimedia commons)

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Also

Was genau ist ein Schwarzes Loch?

Warum hat es eine so große Kraft?

Damit alle Materie, Energie und sogar Licht

Niemand kann seiner tödlichen Anziehungskraft entkommen.

(NGC 1097 Fornax Balkenspiralgalaxie, im Zentrum der Galaxie befindet sich ein massives schwarzes Loch, Fotograf @Yan Zhipeng)

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Um diese Fragen zu beantworten

Beginnen wir zunächst mit einem astronomischen Rätsel.

01

Geheimnis

1964

Wissenschaftler haben die Richtung des Sternbilds Schwan in der Milchstraße entdeckt.

Ein blauer Stern, der zufällig entdeckt wurde

Er hat nicht nur eine Masse und Temperatur, die weit über denen gewöhnlicher Sterne liegt,

Es gibt noch zwei weitere rätselhafte Zweifel.

(Beteigeuze und der umgebende Sternenhimmel. Beteigeuze ist ebenfalls ein Himmelskörper, dessen Helligkeit und Masse die gewöhnlicher Sterne bei weitem übertreffen. Dieses Bild dient nur als Referenz und nicht als Bild des blauen Sterns im Schwan. Fotograf @欧铭枝)

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Zweifel 1

Als einzelner Stern in der Milchstraße

Er umkreist das Zentrum der Milchstraße.

Es rotiert auch auf einer anderen elliptischen Umlaufbahn

(Die Position der Sonne in der Milchstraße. Sie dreht sich nur um das Zentrum der Milchstraße, ohne weitere Umlaufbewegungen. Bildquelle: @NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt)

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Zweifel 2

In der Nähe dieses blauen Sterns

Wissenschaftler registrieren starke hochenergetische Strahlung

Es kann nicht selbst eine so hohe Energie erzeugen.

Könnte es sein

Gibt es einen anderen Himmelskörper um diesen Stern?

Seine Existenz verändert die Umlaufbahn des Sterns.

Und hat es eine starke Strahlung erzeugt?

Aber

Wenn ein solcher Himmelskörper wirklich existiert

Warum können die Leute es nicht sehen?

Um diese Zweifel zu erklären

Die Menschen erinnerten sich an eine alte Prophezeiung

02

Prophezeiung

Schon im 18. Jahrhundert

Wissenschaftler sagen voraus

Es gibt einen besonderen Himmelskörper am Himmel

Seine Anziehungskraft ist sehr stark

Damit nicht einmal Licht davon entweichen kann

Daher werden wir diesen Himmelskörper nicht sehen können.

Bei diesem dunklen Objekt handelt es sich um einen „dunklen Stern“ (bitte horizontal betrachten, die vom Künstler entworfene schwarze Lochform befindet sich im Zentrum des hellsten Bereichs im Bild, Bildquelle @ESO/M. Kornmesser)

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Doch damals

Alle dem Menschen bekannten physikalischen Theorien

Gegen diesen „dunklen Stern“ kann niemand etwas tun

Geben Sie eine plausible Erklärung

Bis 1915

Einstein vervollständigt die allgemeine Relativitätstheorie

Die illusorische Prophezeiung hat nun eine echte theoretische Grundlage

Bald darauf

Der deutsche Soldat und Astronom Karl Schwarzschild

An den Frontlinien des Ersten Weltkriegs

Berechnete die Radiusformel des "dunklen Sterns"

Der "Einfluss" des "dunklen Sterns" wurde erstmals beschrieben

Diese Formel heißt Schwarzschildradius

Der Name "Dark Star" wird hier

Ein klangvollerer Name ersetzt

Schwarzes Loch

(Karl Schwarzschild, Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagte die Existenz Schwarzer Löcher voraus, und Schwarzschild lieferte die erste Lösung für die theoretische Gleichung, daher ist ein Typ Schwarzer Löcher nach ihm benannt, Bildquelle @wikimedia commons)

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Der Schwarzschildradius zeigt

Je größer die Masse des Schwarzen Lochs,

Je größer der Umfang seines "Einflusses"

Wenn die Erde zu einem schwarzen Loch komprimiert würde

Dann beträgt sein Schwarzschildradius nur noch etwa 9 mm

Die Größe eines Zehncentstücks

(Hubble-Teleskop und Erde, Bildquelle: Visual China)

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Begrenzt durch den Schwarzschildradius

Das Innere und Äußere eines Schwarzen Lochs sind zwei völlig verschiedene Welten

Alles, was in einem Schwarzen Loch passiert

Von außen nicht sichtbar

Daher wird diese Grenze auch als Ereignishorizont bezeichnet.

(Künstlerische Darstellung des Schwarzen Lochs NGC 3201. Das Schwarze Loch hat Auswirkungen auf die nahe Raumzeit, Bildquelle @ESO/L. Calçada)

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Wenn Materie den Ereignishorizont durchquert und in das Innere des Schwarzen Lochs eindringt

Wird unaufhaltsam in die Mitte fallen

Es gibt eine Singularität mit unendlicher Dichte.

Es wird kein Zurück für die Materie geben

Das klingt so magisch

Aber gibt es solche schwarzen Löcher wirklich?

03

Hinweis

So wie die Erforschung schwarzer Löcher boomt

Betroffen vom Ausbruch des Zweiten Weltkriegs

Viele Physiker haben sich der Erforschung von Atombomben gewidmet

Unter ihnen war Oppenheimer, der „Vater der Atombombe“

In den späten 1930er Jahren

Die Existenz von Schwarzen Löchern vorhergesagt

Im Jahr 1942

Oppenheimer wurde ernannt

Chefwissenschaftler des Manhattan-Projekts

Konzentrierte sich auf die Entwicklung der Atombombe

das ist alles

Das Thema Schwarze Löcher geriet allmählich in Vergessenheit, bis ein weiterer theoretischer Himmelskörper entdeckt wurde.

Die Begeisterung der Menschen für die Erforschung Schwarzer Löcher wurde neu entfacht

(Oppenheimer [erster von links] zeigt den Menschen um ihn herum Fotos von der Atombombenexplosion, Bildquelle: @Visual China)

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1967

Wissenschaftler haben wiederholt erhalten

Ein seltsames Signal im Universum

Es besucht die Erde pünktlich alle 1,337 Sekunden.

Zunächst dachten die Wissenschaftler, es handele sich um eine Botschaft einer außerirdischen Zivilisation.

Später bestätigt

Dieses Signal stammt von einem schnell rotierenden Neutronenstern.

Ein Himmelskörper, der fast ausschließlich aus Neutronen besteht

Es strahlt elektromagnetische Wellen von den Polen der Himmelskörper aus

Den Weltraum scannen

Wie ein kosmisches Leuchtfeuer

Reisende durch das weite Universum führen

(Dargestellt ist ein mit hoher Geschwindigkeit rotierender Neutronenstern. Kurz nach der Entdeckung des Neutronensterns verwendete John Wheeler erstmals den Begriff Schwarzes Loch. Bildquelle: @新片场, getaggt mit @小黑/星球研究院)

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Neutronensterne sind wie schwarze Löcher.

Das endgültige Schicksal aller Sterne

Wie Kreaturen auf der Erde

Auch Sterne im Universum haben „Leben und Tod“

Im Sternleben

Durch die Verbrennung seines eigenen Brennstoffs dehnt sich der Stern nach außen aus

Dadurch wird der Anziehung zwischen Materie entgegengewirkt

Die innere „Kontraktion“ verursacht durch

Wenn die beiden Kräfte ein Gleichgewicht erreichen

Sterne können eine stabile Existenz aufrechterhalten

(Die Sonne brennt. In ihrem Inneren finden Kernfusionsreaktionen statt, die ihr über Hunderte von Millionen Jahren eine stabile Existenz ermöglichen. Da die Masse von Himmelskörpern wie Sternen im Universum normalerweise relativ groß ist, wird die Sonnenmasse im Allgemeinen als Basiseinheit für die Gewichtsmessung verwendet. Fotograf @王佳奇)

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Doch irgendwann wird dem Stern der Treibstoff ausgehen.

An diesem Punkt verschwindet die durch die Verbrennung erzeugte Energie

Unter dem Einfluss der Schwerkraft kollabiert der Stern rasch nach innen.

Bildet einen sehr dichten Himmelskörper

Der Rest der überschüssigen Materie wird weggeworfen

Der Stern stirbt

Welche Art dichter Himmelskörper wird sich letztendlich bilden?

Hängt von der Masse des Sterns ab

Sterne mit einer Masse von weniger als dem 8-fachen der Sonnenmasse kollabieren in

Weiße Zwerge mit hohen Oberflächentemperaturen und kleinen Volumina

Seine maximale Masse beträgt nur das 1,44-fache der Sonnenmasse

Dies ist auch das endgültige Ende unserer Sonne

(Sirius hat zwei Sterne, A und B. Sirius B wurde 1915 als Weißer Zwerg identifiziert, aber seine Helligkeit am Sternenhimmel ist weitaus geringer als die von A, sodass wir auf der Erde nur das Licht von A sehen können. In der alten chinesischen Astrologie ist Sirius ein „Zeichen der Invasion“. Su Shi schrieb in „Jiangchengzi·Mizhou Hunting“: „Ich kann einen geschnitzten Bogen wie einen Vollmond spannen, nach Nordwesten blicken und auf Sirius schießen“, und verglich Sirius mit dem Westlichen Xia an der Grenze der Nördlichen Song-Dynastie. Fotograf @Wang Jin)

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Sterne mit der 8- bis 30-fachen Masse der Sonne kollabieren in

Neutronenstern

(Der Vela-Supernovaüberrest ist der Überrest, der übrig blieb, nachdem der Stern zu einem Neutronenstern kollabierte. Die Materialenergie im Überrestbereich ist relativ hoch und er erscheint im sichtbaren Licht und im Röntgenbereich hell. Fotograf @有手就行)

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Wenn die Masse des Neutronensterns das 3,2-fache der Sonnenmasse übersteigt

Es wird weiter zusammenbrechen

Entstehung Schwarzer Löcher

(Bitte horizontal betrachten, künstlerische Darstellung eines supermassiven Schwarzen Lochs, Bildquelle @NASA/JPL-Caltech)

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Vorher

Dies sind die kompakten Objekte, die nach dem Tod von Sternen entstehen.

Nur Weiße Zwerge wurden durch Beobachtung bestätigt

Mit der Entdeckung von Neutronensternen

Die Menschen haben Grund zu der Annahme

Schwarzes Loch

Es besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass es wirklich existiert

Dieses funkelnde Leuchtfeuer des Universums

Es scheint den Menschen den Weg zu weisen, die Wahrheit über Schwarze Löcher herauszufinden.

04

die Wahrheit

1975

Der berühmte Physiker Stephen Hawking

Ich habe mit meinem Physikerkollegen Kip Thorne gewettet

Hawking glaubt, dass der seltsame blaue Stern

Der unbekannte Himmelskörper in der Nähe ist kein Schwarzes Loch

Kipps Ansicht ist das Gegenteil.

In den darauffolgenden Beobachtungsjahren

Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass

Die Masse des unbekannten Objekts beträgt das 8,7-fache der Sonnenmasse.

Überschreitung der Neutronensterngrenze von 3,2 Sonnenmassen

Es ist also ein schwarzes Loch.

(Bitte im Horizontalmodus betrachten. Der Künstler stellt sich das Schwarze Loch Cygnus X-1 und die blauen Sterne in der Nähe vor. Cygnus X-1 ist das erste Schwarze Loch, das in der Menschheitsgeschichte entdeckt wurde. Sein Name weist darauf hin, dass es die erste Röntgenquelle ist, die im Sternbild Schwan entdeckt wurde. Röntgenstrahlen sind eine Art hochenergetischer elektromagnetischer Wellen. Bildquelle: @ESA/Hubble)

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Eine Nacht im Juni 1990

Hawking brach mit Hilfe seines Assistenten in Kips Büro ein

Unterschreiben Sie die Wette und geben Sie die Niederlage zu

Und scherzhaft einen Daumen hoch auf die Wette

Tatsächlich ist es für Hawking, der Schwarze Löcher erforscht,

Das ist genau das Ende, das er erwartet hat.

(Hawking und Kip Thorne [erster von links], im Jahr 2021 haben Wissenschaftler das Schwarze Loch Cygnus X-1 erneut vermessen und festgestellt, dass es die 21,2-fache Masse der Sonne hat, Bildquelle @Visual China)

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das ist alles

Die Menschheit entdeckte das erste Schwarze Loch

Also alle vorherigen Zweifel

Es gibt vernünftige Erklärungen

Die Existenz eines Schwarzen Lochs führt dazu, dass sich die umgebende Raumzeit krümmt

Der blaue Stern umkreist das schwarze Loch auf einer gekrümmten Umlaufbahn.

Dies ist die Manifestation der Gravitationswirkung eines Schwarzen Lochs.

(Der Künstler stellt sich vor, dass die Existenz des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße dazu führt, dass sich die umgebenden Sterne in elliptischen Bewegungen um das Schwarze Loch bewegen. Der markierte blaue Kreis stellt die Position des Schwarzen Lochs dar. Bildquelle: @ESO/M. Parsa/L. Calçada)

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Ich verstehe einen der Zweifel.

Ein weiterer Zweifel ist gelöst

Die starke Gravitationskraft eines Schwarzen Lochs

Anziehung von Materie aus blauen Sternen

Bringen Sie sie zum Rotieren und lassen Sie sie in ein schwarzes Loch fallen

Es sammelt sich in einer scheibenartigen Struktur

Akkretionsscheibe

(Visuelle Simulation einer Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs. Aufgrund der starken Gravitationskraft des Schwarzen Lochs weist die Akkretionsscheibe aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet unterschiedliche Veränderungen auf. Das Licht der Akkretionsscheibe hinter dem Schwarzen Loch wird auf seinem Weg nach vorne abgelenkt. Bildquelle: @NASA's Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman, gekennzeichnet mit @小黑/星球研究院)

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Die Materialien in der Scheibe reiben aneinander

Erzeugt Temperaturen von Millionen Grad Celsius

Dabei entsteht hochenergetische Strahlung

(Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs, das einen Stern ansammelt, Bildquelle @Goddard Space Flight Center der NASA/Chris Smith (USRA/GESTAR), getaggt mit @小黑/星球研究院)

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Auch

Nicht die gesamte akkretierte Materie fällt in das Schwarze Loch.

Beeinflusst durch Faktoren wie das Magnetfeld des Schwarzen Lochs

Ein Teil des Materials sammelt sich in einem schmalen Strom

Aussprühen

Wie ein Schwert, das den Weltraum durchdringt

Jet

Diese ausgestoßenen Materialien driften im Weltraum

In Zukunft werden neue Himmelskörper entstehen

(Die ultralange Jet-Struktur in der Herkules-A-Galaxie, fotografiert vom Hubble-Weltraumteleskop, Bildquelle @NASA/ESA)

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Im Vergleich zum Schwarzen Loch selbst

Seine Akkretionsscheibe und Jets sind deutlich sichtbar.

Für Astronomen ist dies zu einem leistungsstarken Werkzeug geworden, um schwarze Löcher zu finden.

(Schematische Darstellung der Struktur eines Schwarzen Lochs, Bildquelle @ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartmann, gekennzeichnet mit @小黑/星球研究院)

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Nicht nur das

Die fatale Anziehungskraft Schwarzer Löcher hinterlässt weitere Hinweise

Wenn Licht um ein Schwarzes Loch herumgeht

wird sich unweigerlich entlang gekrümmter Raumzeit ausbreiten

Vom Oberflächenphänomen

Licht verläuft nicht mehr geradlinig

Es biegt um die Ecke

(Die Existenz eines Schwarzen Lochs verändert die Flugbahn des Lichts, das hindurchgeht, gezeichnet von @小黑/Planet Research Institute)

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Wenn sich ein anderes kompaktes Objekt in der Nähe eines Schwarzen Lochs befindet

Diese Gravitationskraft bewirkt

Zwei Himmelskörper, die einander umkreisen

Und verschmelzen schließlich zu einem Schwarzen Loch mit einer größeren Masse

(Simulation der Umlaufbewegung zweier Schwarzer Löcher, Bildquelle @NASA, getaggt mit @小黑/星球研究院)

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Im Prozess

Die gekrümmte Raumzeit in der Nähe dieser beiden Himmelskörper ist gestört

Und strahlen in Form von Wellen nach außen

Dies ist die Welle von Zeit und Raum

Gravitationswellen

(Zwei kompakte Himmelskörper, die umeinander rotieren, strahlen Gravitationswellen nach außen ab, Karte von @小黑/Planetary Research Institute)

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Im Jahr 2015 gelang es Menschen, die

Gravitationswellen aus der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher

Es legt 1,3 Milliarden Lichtjahre zurück, um die Erde zu erreichen.

Wissenschaftler haben daraus die Masse des Doppelschwarzen Lochs berechnet.

Wenn wir sagen, dass die Astronomie vor diesem

Der Mensch sieht mit den Augen

Der erfolgreiche Nachweis von Gravitationswellen

Das bedeutet, dass der Mensch seine Ohren benutzen kann

Lauschen Sie dem Flüstern des Universums und der Zeit

(Vergleich der Massen von Schwarzen Löchern bei Gravitationswellen-Verschmelzungen, gemessen vom Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory in den USA. Die Verschmelzung von Schwarzen Löchern mit anderen Himmelskörpern ist eine der Ursachen für die Massezunahme von Schwarzen Löchern. Karte von @黑抓/星球研究院)

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Durch diese Methoden

Die Menschheit entdeckt immer mehr Schwarze Löcher

Aber in den Augen der Physiker ist es unglaublich einfach

Nur drei physikalische Größen werden benötigt, um alle

Der erste Indikator ist „wie schwer“

Das ist Qualität

Der zweite Indikator ist, ob es sich dreht.

Normalerweise ausgedrückt als Drehimpuls

Der dritte Indikator ist „ob es aufgeladen ist“

Aufladung

Schwarze Löcher können anhand ihrer Masse in drei Kategorien eingeteilt werden.

Schwarze Löcher mit weniger als der 100-fachen Masse der Sonne

Schwarzes Loch mit stellarer Masse

Die meisten Sterne im Universum weisen diese Art von Schwarzem Loch auf.

Schwarze Löcher mit einer Masse von mehr als einer Million Sonnenmassen

Supermassives Schwarzes Loch

Schwarze Löcher dieser Größenordnung findet man normalerweise im Zentrum von Galaxien.

Eine Schlüsselfigur in der Galaxienentwicklung

Zwischen stellaren Schwarzen Löchern und supermassiven Schwarzen Löchern

Ein Schwarzes Loch mittlerer Masse

Im Vergleich zu den beiden vorherigen Schwarzen Löchern

Aufgrund der geringen Anzahl an Beobachtungen

Wir wissen noch nicht genug über diese Art von Schwarzen Löchern

(Vergleich zwischen der Masse kompakter Objekte und der Masse der Sonne. Die Sonne ist kein kompaktes Objekt. Das Bild dient nur zum Vergleich. Bildquelle: @NASA/CXC/Visual China/Wang Jiaqi, gezeichnet von @黑抓/Planetary Research Institute)

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Neben der Klassifizierung nach Qualität

Nach Drehimpuls und Ladung

Schwarze Löcher können in vier Typen unterteilt werden

(Das Bild unten zeigt die Klassifizierung von Schwarzen Löchern nach Rotation und Ladung. Das Bild stammt von @Visual China und ist mit @黑抓/星球研究院 gekennzeichnet.)

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Obwohl so viele Geheimnisse der schwarzen Löcher entdeckt wurden

Aber das ist nur durch

Akkretionsscheibe, Jet

Gravitationseffekte, Gravitationswellen

Diese indirekten Wege, es zu finden

So wie wir den Wind nicht sehen können

Aber es kann durch den vom Wind verwehten Sand gelangen

Und indirekt die Existenz von Wind zu beurteilen ist dasselbe

(Bitte im Horizontalmodus betrachten. Die Yadan-Landform ist eine typische Winderosionslandform. Ihre Entstehung ist untrennbar mit der Einwirkung des Windes verbunden. Fotograf: @孙祺)

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Die menschliche Neugier treibt Wissenschaftler dazu,

"Sehen ist Glauben"

Wie sieht ein Schwarzes Loch aus?

Ist es möglich, ein Schwarzes Loch direkt dazu zu bringen, seine wahre Form zu enthüllen?

05

Erscheinen

Fotografieren von Schwarzen Löchern

Dies ist die Antwort der Physiker

Dies erfordert jedoch

Ein beispiellos großes Teleskop

Ziel ist die Beobachtung supermassereicher Schwarzer Löcher

Event Horizon-Teleskop

(Event Horizon Telescope, EHT )

Aus der Not geboren

(Künstlerische Darstellung eines „fressenden“ Schwarzen Lochs. Die helle Akkretionsscheibe und der Jet beweisen seine Existenz. Bildquelle: @Aurore Simonnet und NASA Goddard Space Flight Center)

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Erste

Wir müssen das Thema wählen

Um Schwarze Löcher klar sehen und fotografieren zu können

Große Masse und geringe Entfernung zur Erde sind notwendige Voraussetzungen

Galaxie M87 in der Nähe der Milchstraße

Es gibt zufällig ein so supermassives Schwarzes Loch

Seine Masse ist 6,5 Milliarden Mal größer als die unserer Sonne.

(Die Galaxie M87 ist der hellste Punkt im Bild, Bildquelle @ESO)

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Obwohl dieses Schwarze Loch so riesig ist

Aber es ist immer noch 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.

Sehen Sie es von der Erde aus

Es ist, als würde man Fußabdrücke auf der Mondoberfläche sehen.

Dies ist ein großartiger Test für das Auflösungsvermögen des Teleskops.

(Beobachtung der Fußabdrücke auf dem Mond von der Erde aus, Karte von @Zheng Yi/Planetary Research Institute)

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Je größer die Öffnung des Teleskops,

Je höher die Auflösung

Chinas Sky Eye in Guizhou

Es ist das größte Radioteleskop mit einer einzigen Apertur der Welt

Sein Kaliber erreicht 500 Meter

Aber das genügt den Ansprüchen der Wissenschaftler noch immer nicht.

Möchten Sie ein Foto von einem schwarzen Loch machen?

Die Teleskopöffnung muss „Erdniveau“ erreichen

(Das „China Sky Eye“ zwischen den Bergen, Fotograf @酷鸟魏建)

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Ein einzelnes Teleskop reicht nicht aus

Dann finden Sie einen Weg, mehrere Teleskope zu verwenden

Wissenschaftler verwenden spezielle Methoden

Radioteleskope weltweit vereinen

Entspricht einem virtuellen Teleskop mit größerer Öffnung

Dies ist eine Interferometrie mit sehr langer Basislinie

(Very Long Baseline Interferometrie)

Kurz VLBI

Der Abstand zwischen den Teleskopen wird als Basislinie bezeichnet

Die Öffnung des virtuellen Teleskops entspricht

Die längste Basislinienlänge

Je länger die Basislinie

Je höher die Auflösung des virtuellen Teleskops,

(Bitte im Horizontalmodus ansehen. Das kreisförmige Solar-Radio-Bildgebungsteleskop in Daocheng, Sichuan, auch bekannt als „Tausend-Augen-Dzi-Perle“. Die 313 Antennen entsprechen einem virtuellen Teleskop. Fotograf: @蓝燕斌)

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Die acht Teleskope, die an der ersten Aufnahme eines Schwarzen Lochs beteiligt waren, befinden sich in

Mexiko, Spanien, Chile, Antarktis

Hawaii und Arizona in den Vereinigten Staaten

Sie bilden ein virtuelles Teleskop mit einer Öffnung, die dem Durchmesser der Erde entspricht.

(Verteilung des EHT-Teleskop-Arrays im Jahr 2017. Die englischen Buchstaben in der Abbildung unten sind die Abkürzungen der englischen Namen der Teleskope. Karte von @郑艺/Planetary Research Institute)

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Die Öffnung des Teleskops wird bestimmt

Das heißt aber nicht, dass Sie sofort mit der Beobachtung beginnen können.

Denn um sie perfekt zu kombinieren

Die Beobachtungen müssen gleichzeitig erfolgen

Unter Berücksichtigung vieler Faktoren wie Wetter und Beobachtungsmissionsvereinbarungen

Die 8 an den Aufnahmen beteiligten Radioteleskope

Im Jahr 2017 gab es im gesamten Jahr lediglich 10 Beobachtungstage.

(Bitte im Horizontalmodus beobachten. Das James Clerk Maxwell Telescope (JCMT) und das Submillimeter Array (SMA) befinden sich auf einem Berg in 4.000 Metern Höhe auf Hawaii, USA. Die Höhenlage gewährleistet gute Beobachtungsergebnisse und muss bei klarem Wetter durchgeführt werden, da die Feuchtigkeit in der Atmosphäre die Beobachtung beeinträchtigt. Fotograf @虞乐)

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Obwohl die Beobachtungszeit kurz ist

Aber die erhaltenen Daten sind sehr umfangreich

Die Gesamtmenge der generierten Beobachtungsdaten erreichte 3500 TB

Würde man den Film in Gänze anschauen, würde es über 300 Jahre dauern.

Nur die Verarbeitung dieser Daten

Es dauerte 2 Jahre

10. April 2019

Das erste Foto eines Schwarzen Lochs wurde veröffentlicht

Wissenschaftler nennen es scherzhaft "Donut"

Der helle äußere Ring ist die Akkretionsscheibe, die das Schwarze Loch umgibt.

Der Schatten in der Mitte zeigt das schwarze Loch.

(Das erste Foto eines Schwarzen Lochs, Bildquelle: @EHT Collaboration, getaggt mit @小黑/Planetary Research Institute)

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Das Schwarze Loch M87 besitzt außerdem einen etwa 5.000 Lichtjahre langen Jet.

Doch dieses Mal wurden nur das Schwarze Loch und seine Akkretionsscheibe erfasst

„Familienmitglieder“ sind nicht vollständig

(Die Jet-Struktur des Schwarzen Lochs M87, die lange Streifenform im Bild, Bildquelle @wikimedia commons)

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Also im Jahr 2018

Ein internationales Team unter der Leitung chinesischer Wissenschaftler

Mit den gleichen technischen Mitteln

Erneute Fotografie des Schwarzen Lochs M87 in einem neuen Beobachtungsband

Teleskope mit neuen Wellenlängen haben ein breiteres Sichtfeld

Mehr Strukturen schwarzer Löcher sichtbar

Nicht nur das

Auch die Zahl der Teleskope wurde von 8 auf 16 erhöht.

Die Bildqualität des virtuellen Teleskops wurde erheblich verbessert

(Die geografische Verteilung der Teleskope, die 2018 an der Fotografie von Schwarzen Löchern beteiligt waren, ist wie folgt, Karte von @郑艺/Planetary Research Institute)

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April 2023

Wissenschaftler veröffentlichen ein „Panoramafoto“ des Schwarzen Lochs M87

Zum ersten Mal werden ein Schwarzes Loch und umgebende Strukturen in einem Bild abgebildet

(Ein Panoramafoto des Schwarzen Lochs M87 zeigt, dass die Jet-Struktur in drei Teile unterteilt ist, die die Form eines „Dreizacks“ haben. Bildquelle: @R.-S. Lu (SHAO)/E. Ros (MPIfR)/ S. Dagnello (NRAO/AUI/NSF), mit Anmerkung @小黑/星球研究院)

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5 Monate später

Chinesische Wissenschaftler haben bewiesen

Dies ist das erste Schwarze Loch, das von Menschen „gesehen“ wurde

Es dreht sich

Davor

Rotiert das Schwarze Loch?

Es gibt keine direkten Beobachtungsbeweise

(Die Präzession des Schwarzlochstrahls M87 ist in der Abbildung dargestellt. Die Rotationsachse eines rotierenden Objekts rotiert immer noch um eine andere zentrale Achse, was sich als Präzession manifestiert. Quelle: @崔玉竹, Intouchable Lab@Openverse, gekennzeichnet mit @小黑/星球研究院)

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Neben dem entfernten Schwarzen Loch M87

Das Zentrum unserer Galaxie

Es gibt auch ein supermassives Schwarzes Loch

Wissenschaftler haben auch Fotos davon gemacht

(Fotos des Schwarzen Lochs und der Zentralregion der Milchstraße, veröffentlicht 2022. Das Foto des Schwarzen Lochs sieht ebenfalls wie ein Donut aus. Bildquelle: @NASA/CXC/HST/EHT Collaboration, gekennzeichnet mit @小黑/星球研究院)

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Die Abbildung eines Schwarzen Lochs ist ein Durchbruch in der Astronomie

Dies ist jedoch nur der erste Schritt bei der Erforschung Schwarzer Löcher.

Wissenschaftler werden in Zukunft weitere Experimente durchführen.

Zum Beispiel das Aufnehmen von „Farbfotos“ von Schwarzen Löchern in verschiedenen Bändern

Fügen Sie sogar die Zeitdimension hinzu, um einen „Schwarzes Loch-Film“ zu drehen

Vielleicht dann

Mit umfassenderer Beobachtung und Verständnis

Schwarze Löcher werden kein Mysterium mehr sein

06 Ende

Schwarzes Loch

Mit seiner tödlichen Schwerkraft

Zieht nicht nur alles an

Es zieht auch Menschen an, die

Seine Existenz

Einst jenseits menschlicher Vorstellungskraft

Sogar Einstein zweifelte einmal

Aber letztendlich stellte sich heraus, dass es wahr war.

Das Universum ist so magisch

Es ist nicht zu spät, zu warten, bis Sie es sehen

Die Reise der Erforschung Schwarzer Löcher zeigt uns auch

Lass deinen Gedanken einfach freien Lauf

Nur so kann der Mensch starre Konzepte überwinden.

Eintritt in eine neue Welt

Also

Auf der nächsten Erkundungsreise

Bitte lass deinen Gedanken weiterhin freien Lauf

Aber mehr als hundert Jahre

(Der Sternenhimmel oben ist voller unendlicher Unbekannter und Möglichkeiten, Fotograf @Windsky)▼

Dieser Artikel wurde erstellt von

Geschrieben von: Xinghe

Herausgeber: Li Heili

Bild: Zhang Zhaohai

Karte: Zhengyi

Design: Xiaohei & Heizha

Korrekturlesen: Wang Kun & Song Nan

Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Revisionsexperte

Feng Haiyuan, PhD in Theoretischer Physik von der Southern University of Science and Technology

Hinweis: Der in diesem Artikel behandelte Ereignishorizont und die Singularität des Schwarzen Lochs basieren auf dem Schwarzschild-Hintergrund des Schwarzen Lochs.