Image Archive: Quasars and Black Holes

Dieses zusammengesetzte Bild zeigt drei Ansichten der zentralen Region der Galaxie Messier 87 (M87) in polarisiertem Licht und eine Ansicht, im sichtbaren Wellenlängenbereich, aufgenommen mit dem Hubble-Weltraumteleskop. Die Galaxie hat ein supermassereiches schwarzes Loch in ihrem Zentrum und ist berühmt für ihre Jets, die weit über die Galaxie hinausreichen. Das Hubble-Bild oben fängt einen Teil des Jets ein, der etwa 6.000 Lichtjahre lang ist.

Eines der Bilder, das mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile aufgenommen wurde, an dem die ESO beteiligt ist, zeigt einen Teil des Jets im polarisierten Licht. Dieses Bild fängt den Teil des Jets mit einer Länge von 6.000 Lichtjahren ein, der sich näher am Zentrum der Galaxie befindet.

Die anderen Bilder mit polarisiertem Licht zoomen näher an das supermassereiche schwarze Loch heran: Die mittlere Ansicht deckt einen Bereich von etwa einem Lichtjahr Größe ab und wurde mit dem Very Long Baseline Array (VLBA) des National Radio Astronomy Observatory in den USA aufgenommen.

Die am stärksten vergrößerte Ansicht wurde durch die Verknüpfung von acht Teleskopen auf der ganzen Welt zu einem virtuellen Teleskop in Erdgröße, dem Event Horizon Telescope (EHT), gewonnen. Dies erlaubt den Astronomen, sehr dicht an das supermassereiche schwarze Loch heranzukommen, in die Region, in der die Jets gestartet werden.

Die Linien markieren die Orientierung der Polarisation, die mit dem Magnetfeld in den abgebildeten Regionen zusammenhängt. Die ALMA-Daten liefern eine Darstellung der Magnetfeldstruktur entlang des Jets. Die kombinierten Daten von EHT und ALMA ermöglichen den Astronomen daher, die Rolle der Magnetfelder von der Umgebung des Ereignishorizonts (wie mit dem EHT auf Distanzen von Lichttagen untersucht) bis weit über die Galaxie M87 hinaus entlang ihrer starken Jets (wie mit ALMA auf Skalen von Tausenden von Lichtjahren untersucht) zu erforschen.

Die Werte in GHz beziehen sich auf die Lichtfrequenzen, bei denen die verschiedenen Beobachtungen gemacht wurden. Die horizontalen Linien zeigen den Maßstab der einzelnen Bilder in Lichtjahren.

Die Aufnahme zeigt einen Blick auf den Jet in der Galaxie Messier 87 (M87) in polarisiertem Licht. Das Bild wurde mit dem in Chile betriebenen Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) aufgenommen, an dem die ESO als Partner beteiligt ist, und fängt den Teil des Jets mit einer Länge von 6000 Lichtjahren ein, der näher am Zentrum der Galaxie liegt. Die Linien markieren die Ausrichtung der Polarisation, die im Zusammenhang mit dem Magnetfeld in der abgebildeten Region steht. Die ALMA-Aufnahme zeigt also, wie die Struktur des Magnetfeldes entlang des Jets aussieht.

Die Event Horizon Telescope (EHT)-Kollaboration, die das erste Bild eines schwarzen Lochs erstellt hat, zeigt heute einen neuen Blick auf das gewaltige Objekt im Zentrum der Galaxie Messier 87 (M87): sein Aussehen in polarisiertem Licht. Es ist das erste Mal, dass Astronomen die Polarisation, eine Signatur von Magnetfeldern, so nah am Rande eines schwarzen Lochs messen konnten.

Dieses Bild zeigt die Ansicht der Polarisation des schwarzen Lochs in M87. Die Linien markieren die Ausrichtung der Polarisation, die mit dem Magnetfeld um den Schatten des schwarzen Lochs zusammenhängt.

Dieses zusammengesetzte Bild zeigt drei Ansichten der zentralen Region der Galaxie Messier 87 (M87) im polarisierten Licht. Die Galaxie hat ein supermassereiches schwarzes Loch in ihrem Zentrum und ist berühmt für ihre Jets, die weit über die Galaxie hinausreichen.

Eines der Bilder mit polarisiertem Licht, das mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) in Chile aufgenommen wurde, an dem die ESO beteiligt ist, zeigt einen Teil des Jets in polarisiertem Licht. Dieses Bild fängt den Teil des 6.000 Lichtjahre langen Jets ein, der sich näher am Zentrum der Galaxie befindet.

Die anderen Bilder mit polarisiertem Licht zoomen näher an das supermassereiche schwarze Loch heran: Die mittlere Ansicht deckt einen Bereich von etwa einem Lichtjahr Größe ab und wurde mit dem Very Long Baseline Array (VLBA) des National Radio Astronomy Observatory in den USA aufgenommen.

Die am stärksten vergrößerte Ansicht wurde durch die Verknüpfung von acht Teleskopen auf der ganzen Welt zu einem virtuellen Teleskop in Erdgröße, dem Event Horizon Telescope (EHT), gewonnen. Dies erlaubt den Astronomen, sehr dicht an das supermassereiche schwarze Loch heranzukommen, in die Region, in der die Jets gestartet werden.

Die Linien markieren die Orientierung der Polarisation, die mit dem Magnetfeld in den abgebildeten Regionen zusammenhängt. Die ALMA-Daten liefern eine Darstellung der Magnetfeldstruktur entlang des Jets. Die kombinierten Daten von EHT und ALMA ermöglichen den Astronomen daher, die Rolle der Magnetfelder von der Umgebung des Ereignishorizonts (wie mit dem EHT auf Distanzen von Lichttagen untersucht) bis weit über die Galaxie M87 hinaus entlang ihrer starken Jets (wie mit ALMA auf Skalen von Tausenden von Lichtjahren untersucht) zu erforschen.

Die Werte in GHz beziehen sich auf die Lichtfrequenzen, bei denen die verschiedenen Beobachtungen gemacht wurden. Die horizontalen Linien zeigen den Maßstab der einzelnen Bilder in Lichtjahren.

Diese Weitwinkelaufnahme im sichtbaren Licht der Region um den fernen Quasar P172+18 wurde aus Bildern des Digitized Sky Survey 2 erstellt. Das Objekt selbst liegt sehr nahe am Zentrum und ist in diesem Bild nicht sichtbar, aber viele andere, viel näher gelegene Galaxien sind in dieser Ansicht zu erkennen.

Diese künstlerische Darstellung zeigt, wie der ferne Quasar P172+18 und seine Radiojets ausgesehen haben könnten. Bis heute (Anfang 2021) ist dies der am weitesten entfernte Quasar mit Radiojets, der jemals gefunden wurde. Er wurde mit Hilfe des Very Large Telescope der ESO untersucht. Er ist so weit entfernt, dass sein Licht etwa 13 Milliarden Jahre unterwegs war, bis es uns erreichte: Wir sehen ihn so, wie er war, als das Universum nur etwa 780 Millionen Jahre alt war.

Diese Illustration zeigt einen Stern (im Vordergrund), der eine Spaghettisierung erfährt, während er von einem supermassereichen schwarzen Loch (im Hintergrund) in einem "Tidal Disruption Event" angezogen wird. In einer neuen Studie, die mit Hilfe des Very Large Telescope der ESO und des New Technology Telescope der ESO durchgeführt wurde, fand ein Team von Astronomen heraus, dass ein schwarzes Loch beim Verschlingen eines Sterns Materie nach außen schleudern kann.

Diese Grafik zeigt den Standort von AT2019qiz, einem Tidal Disruption Event, im Sternbild Eridanus. Die Karte umfasst die meisten der Sterne, die unter guten Bedingungen mit bloßem Auge sichtbar sind. Der Standort von AT2019qiz ist durch einen roten Kreis gekennzeichnet.

Astronomen haben mit Hilfe des Very Large Telescope (VLT) der ESO sechs Galaxien gefunden, die um ein supermassereiches schwarzes Loch herum liegen. Es ist das erste Mal, dass innerhalb der ersten Milliarden Jahre des Universums eine solch enge Gruppierung beobachtet wurde. Diese künstlerische Darstellung zeigt das zentrale schwarze Loch und die in seinem Gasnetz eingeschlossenen Galaxien. Das schwarze Loch, das zusammen mit der es umgebenden Scheibe als Quasar SDSS J103027.09+052455.0 bekannt ist, leuchtet hell, während es Materie um sich herum verschlingt.

Dieses Bild zeigt den Himmel um SDSS J103027.09+052455.0, einen Quasar, der von einem supermassereichen schwarzen Loch angetrieben wird, das von mindestens sechs Galaxien umgeben ist. Dieses Bild wurde aus Bildern des Digitized Sky Survey 2 erstellt.

Diese Weitwinkelaufnahme zeigt die Himmelsregion im Sternbild Telescopium, in der HR 6819 zu finden ist, ein Dreifachsystem aus zwei Sternen und dem Schwarzen Loch, das der Erde am nächsten ist. Diese Ansicht wurde aus Bildern erstellt, die Teil des Digitized Sky Survey 2 sind. Während das Schwarze Loch unsichtbar ist, können die beiden Sterne in HR 6819 von der Südhalbkugel in einer dunklen, klaren Nacht ohne Fernglas oder Teleskop beobachtet werden.

Diese künstlerische Darstellung zeigt die Umlaufbahnen der Objekte im Dreifachsystem HR 6819. Dieses System besteht aus einem inneren Doppelsternsystem mit einem Stern (Umlaufbahn in blau) und einem neu entdeckten Schwarzen Loch (Umlaufbahn in rot) sowie einem dritten Objekt, einem weiteren Stern, in einer größeren Umlaufbahn (ebenfalls in blau).

Ursprünglich glaubte das Team, es gäbe nur zwei Objekte, nämlich die beiden Sterne, in dem System. Als sie ihre Beobachtungen analysierten, waren sie jedoch verblüfft, als sie einen dritten, bisher unentdeckten Körper in HR 6819 entdeckten: ein Schwarzes Loch, das erdnächste, jemals gefundene. Das Schwarze Loch ist unsichtbar, aber es verrät seine Anwesenheit durch seine Anziehungskraft, die den leuchtenden inneren Stern in eine Umlaufbahn zwingt. Die Objekte in diesem inneren Paar haben ungefähr die gleiche Masse und kreisförmige Umlaufbahnen.

Die Beobachtungen mit dem FEROS-Spektrographen am 2,2-Meter-Teleskop der ESO in La Silla zeigten, dass der innere sichtbare Stern das Schwarze Loch alle 40 Tage umkreist, während der zweite Stern sich in großer Entfernung von diesem inneren Paar befindet.

Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der ESO haben zum ersten Mal gezeigt, dass sich ein Stern, der das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße umkreist, genauso bewegt, wie es die Allgemeine Relativitätstheorie von Einstein vorhersagt. Seine Umlaufbahn hat die Form einer Rosette, während die Newtonsche Gravitationstheorie die Form einer Ellipse vorhersagt. Dieser Effekt, bekannt als Schwarzschild-Präzession, war noch nie zuvor für einen Stern um ein supermassereiches Schwarzes Loch gemessen worden. Diese Grafik veranschaulicht die Präzession der Umlaufbahn des Sterns, wobei der Effekt zur leichteren Veranschaulichung übertrieben dargestellt wird.

Simuliertes Bild eines akkretierenden schwarzen Lochs. Der Ereignishorizont befindet sich in der Mitte des Bildes. Der Schatten wird durch eine rotierende Akkretionsscheibe sichtbar.

Die künstlerische Darstellung zeigt die Umgebung eines schwarzen Lochs mit den Wegen von Photonen. Die gravitative Krümmung und der Einfang des Lichts durch den Ereignishorizont ist die Ursache für den Schatten, der vom Event Horizon Telescope aufgezeichnet wurde.

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein sich schnell drehendes supermassereiches schwarzes Loch, das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist. Diese dünne Scheibe aus rotierendem Material besteht aus den Überresten eines sonnenähnlichen Sterns, der durch die Gezeitenkräfte des schwarzen Lochs auseinander gerissen wurde. Das schwarze Loch ist beschriftet und zeigt die Anatomie dieses faszinierenden Objekts.

In Erwartung des ersten Bildes eines schwarzen Lochs entwickelten Jordy Davelaar und seine Mitarbeiter eine Virtual-Reality-Simulation eines dieser faszinierenden astrophysikalischen Objekte. Ihre Simulation zeigt ein schwarzes Loch, das von leuchtender Materie umgeben ist. Diese Materie verschwindet wirbelartig im schwarzen Loch. Durch die extremen Bedingungen wird es zu einem glühenden Plasma. Das emittierte Licht wird dann durch die starke Schwerkraft des schwarzen Lochs abgelenkt und verformt.

Die künstlerische Darstellung zeigt die Umgebung eines schwarzen Lochs mit einer Akkretionsscheibe aus heißem Plasma und einem relativistischen Jet.

Das Ereignishorizontteleskop (EHT, Event Horizon Telescope) – eine erdumspannende Anordnung von acht bodengebundenen Radioteleskopen, durch internationale Zusammenarbeit entstanden – wurde entwickelt, um Bilder von einem schwarzen Loch aufzunehmen. Heute zeigen die EHT-Forscher in koordinierten Pressekonferenzen auf der ganzen Welt, dass es ihnen gelungen ist. Sie präsentieren den ersten direkten visuellen Nachweis für das supermassereiche schwarzes Loch im Zentrum der Galaxie Messier 87 und seinen Schatten.

Mit dem Schatten eines schwarzen Lochs kommen wir einem Bild des schwarzen Lochs selbst am nächsten, einem völlig dunklen Objekt, aus dem das Licht nicht entweichen kann. Die Grenze des schwarzen Lochs – der Ereignishorizont, von dem das EHT seinen Namen hat – ist etwa 2,5 mal kleiner als der knapp 40 Milliarden Kilometer große Schatten, den es wirft. Das vergleichbar mit dem Versuch, die Länge einer Kreditkarte zu messen, die sich auf dem Mond befindet.

Obwohl die Teleskope nicht physikalisch verbunden sind, sind sie in der Lage, ihre aufgezeichneten Daten mit Atomuhren – Wasserstoffmastern – zu synchronisieren, die ihre Beobachtungen genau zeitlich steuern. Diese Beobachtungen wurden bei einer Wellenlänge von 1,3 mm während einer weltweiten Kampagne 2017 gesammelt. Jedes Teleskop des EHT produzierte enorme Datenmengen – etwa 350 Terabyte pro Tag -, die auf leistungsstarken, mit Helium gefüllten Festplatten gespeichert wurden. Diese Daten wurden zu hochspezialisierten Supercomputern – den so genannten Korrelatoren – am Max-Planck-Institut für Radioastronomie und am MIT Haystack Observatorium geflogen und dort kombiniert. Sie wurden dann mit Hilfe neuartiger, in der Kooperation entwickelter Rechenwerkzeuge mühsam in ein Bild umgewandelt.

Messier 87 (M87) ist eine riesige elliptische Galaxie, die sich etwa 55 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt im Sternbild Jungfrau befindet. Sie wurde 1781 von Charles Messier entdeckt, aber erst im 20. Jahrhundert als Galaxie identifiziert. Mit der doppelten Masse unserer eigenen Galaxie, der Milchstraße, und mit bis zu zehnmal mehr Sternen, gehört sie zu den größten Galaxien im nahen Universum. Neben seiner Größe hat M87 einige sehr einzigartige Eigenschaften. So enthält sie beispielsweise eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Kugelhaufen: Während unsere Milchstraße weniger als 200 enthält, hat M87 etwa 12.000. Diese Menge, so die Theorie einiger Wissenschaftler, hat sie von ihren kleineren Nachbarn entnommen.

Wie bei allen anderen großen Galaxien hat auch M87 im Zentrum ein supermassereiches schwarzes Loch. Die Masse eines solchen schwarzen Lochs steht im Zusammenhang mit der Masse der gesamten Galaxie, so dass es nicht verwunderlich sein sollte, dass das schwarze Loch von M87 eines der massereichsten ist, die man kennt. Das schwarze Loch könnte auch eines der energiereichsten Merkmale der Galaxie erklären: einen relativistischen Materiejet, der fast mit Lichtgeschwindigkeit ausgestoßen wird.

Das schwarze Loch war Gegenstand von revolutionären Beobachtungen durch das Ereignishorizontteleskop. Das EHT wählte das Objekt als Ziel seiner Beobachtungen aus zwei Gründen. Die Auflösung des EHT ist zwar unvorstellbar, aber auch sie hat ihre Grenzen. Da massereichere schwarze Löcher auch einen größeren Durchmesser haben, stellte das zentrale schwarze Loch von M87 ein ungewöhnlich großes Ziel dar - was bedeutet, dass es leichter abgebildet werden konnte als kleinere schwarze Löcher in der Nähe. Der andere Grund für seine Wahl war jedoch entschieden irdischer. M87 erscheint von unserem Planeten aus gesehen ziemlich nah am Himmelsäquator, was es in den meisten Regionen der nördlichen und südlichen Hemisphäre sichtbar macht. Dadurch wurde die Anzahl der Teleskope im EHT, die es beobachten konnten, maximiert und die Auflösung des endgültigen Bildes erhöht.

Dieses Bild wurde von FORS2 am Very Large Telescope der ESO im Rahmen des Cosmic Gems-Programms aufgenommen, einer Outreach-Initiative, die mit Hilfe von ESO-Teleskopen Bilder von interessanten, faszinierenden oder visuell attraktiven Objekten für die Zwecke der Bildung und Öffentlichkeitsarbeit produziert. Das Programm verwendet Teleskopzeit, die nicht für wissenschaftliche Beobachtungen genutzt werden kann, und liefert beeindruckende Bilder von einigen der markantesten Objekte am Nachthimmel. Für den Fall, dass die gesammelten Daten für zukünftige wissenschaftliche Zwecke nützlich sein sollten, werden diese Beobachtungen gespeichert und den Astronomen über das ESO Science Archive zur Verfügung gestellt.

Die künstlerische Darstellung zeigt das schwarze Loch im Herzen der riesigen elliptischen Galaxie Messier 87 (M87). Dieses schwarze Loch wurde vom Event Horizon Telescope als Objekt revolutionärer Beobachtungen ausgewählt. Das Bild zeigt heiße Material, das das schwarze Loch umgibt, sowie den relativistischen Strahl, der durch das schwarze Loch von M87 ausgelöst wird.

Dieses Bild zeigt den Beitrag von ALMA und APEX zum EHT. Das linke Foto zeigt eine Rekonstruktion des schwarzen Lochs unter Benutzung der gesamten Anordnung des Ereignishorizontteleskops (darunter ALMA und APEX); das Foto auf der rechten Seite zeigt, wie die Rekonstruktion ohne die Daten von ALMA und APEX aussähe. Der Unterschied macht die zentrale Rolle deutlich, die ALMA und APEX bei den Beobachtungen spielten.

Diese künstlerische Darstellung zeigt ein sich schnell drehendes supermassereiches Schwarzes Loch, das von einer Akkretionsscheibe umgeben ist. Diese dünne Scheibe aus rotierendem Material besteht aus den Überresten eines sonnenähnlichen Sterns, der durch die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs auseinandergerissen wurde. Schocks in den kollidierenden Trümmern sowie Wärme, die durch Akkretion erzeugt wurde, führten zu einem Lichtausbruch, der einer Supernova-Explosion ähnelt.

Das überaus empfindliche GRAVITY-Instrument der ESO hat die seit langem bestehende Annahme, dass sich im Zentrum der Milchstraße ein supermassereiches Schwarzes Loch befindet, weiter bestätigt. Neue Beobachtungen zeigen Verdichtungen aus Gas, die mit etwa 30% der Lichtgeschwindigkeit auf einer kreisförmigen Umlaufbahn am Rande des Ereignishorizonts herumrasen. Das ist das erste Mal, dass Materie in der Nähe des Punktes beobachtet wurde, von dem es keine Rückkehr gibt. Es handelt sich um die genauesten Beobachtungen von Material, das einem Schwarzen Loch so nahe kommt.

Diese Visualisierung verwendet Simulationsdaten von Orbitalbewegungen von Gasen, die bei etwa 30% der Lichtgeschwindigkeit auf einer kreisförmigen Umlaufbahn um das Schwarze Loch herum wirbeln.

Dieses mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) gewonnene Bild zeigt die Himmelsregion um Sagittarius A*, das supermassereiche Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße, das auf dem Bild mit einem kleinen Kringel markiert ist. Neuere Untersuchungen haben interessante Hinweise auf interstellare Gas- und Staubwolken zu Tage gefördert, die das Schwarze Loch mit hoher Geschwindigkeit umkreisen.

Die gefundenen Gaswolken, die größtenteils aus molekularem Wasserstoff bestehen, werden auch als molekulare Cloudlets (deutsch: Wölkchen) bezeichnet. Man hatte diese bisher noch nie zweifelsfrei nachweisen können. Dieses Bild zeigt eigentlich die Verteilung von molekularem Kohlenmonoxid, dem zweithäufigsten molekularen Bestandteil der Wolken. Die Cloudlets sind etwa 26.000 Lichtjahre von uns entfernt und kreisen mit hoher Geschwindigkeit und relativ nahe um das Schwarze Loch, nur etwa ein Lichtjahr entfernt. Ihre Entdeckung war nur durch die hohe Auflösung von ALMA möglich. Sie sind aus bereits vorher existierenden massereichen Wolken hervorgegangen, die um das Zentrum unserer Milchstraße rotierten. Diese Wolken wurden dann durch Gezeitenkräfte zerfetzt und in dichte Fragmente und eine kurzlebige Komponente mit niedriger Dichte zerlegt. Letztere konnte anhand der Signatur in der Synchrotronstrahlung indentifiziert werden, welche von Sagittarius A* emittiert wird und das diffuse Gas zwischen den Cloudlets passiert.

Obwohl Wolken aus molekularem Gas neue Sterne bilden können, werden diese Cloudlets wohl keine neue Sterngeneration hervorbringen. Sie haben eine relativ kleine Masse von etwa dem 60-fachen unserer Sonne und befinden sich im Strudel der gewaltigen, turbulenten Gravitationskräfte von Sagittarius A*.

Während die Sterne um Sagittarius A* bereits systematisch untersucht wurden, hatte man diese dichten Molekülwolken in so unmittelbarar Nachbarschaft zum galaktischen Zentrum bisher noch nicht nachweisen können.