Neue Technik verspricht klarere und häufigere Einblicke in Schwarze Löcher

LONDON (IT BOLTWISE) – Eine innovative Technik könnte die Art und Weise, wie Astronomen Schwarze Löcher beobachten, grundlegend verändern. Durch die Erzeugung scharfer, mehrfarbiger Bilder, die ihre dynamische Entwicklung in Echtzeit zeigen, eröffnet sich eine neue Ära der Astrophysik.

Die Beobachtung von Schwarzen Löchern steht vor einem bedeutenden Fortschritt, dank einer neuen Methode namens Frequency Phase Transfer (FPT). Diese Technik ermöglicht es Wissenschaftlern, die globale Event Horizon Telescope (EHT)-Anordnung zu nutzen, um feinere Details und schwächere Merkmale kosmischer Objekte als je zuvor zu erkennen. Durch die Kompensation der turbulenten Erdatmosphäre können Forscher nun schärfere und farbenreichere Bilder von Schwarzen Löchern erstellen, was die Möglichkeit eröffnet, deren dynamische Entwicklung in Echtzeit zu verfolgen.

Ein internationales Forscherteam hat diese Technik mit drei der zwölf Teleskope des EHT-Arrays getestet, darunter das IRAM 30-Meter-Teleskop in Spanien und die James Clerk Maxwell Telescope und Submillimeter Array Observatorien auf Hawai’i. Diese Fortschritte wurden vom Center for Astrophysics der Harvard & Smithsonian Institution bekannt gegeben.

Die Herausforderung bei der Beobachtung des Kosmos mit erdgebundenen Teleskopen beginnt mit der Erdatmosphäre, die Radiowellen aus dem Weltraum verzerrt. Diese Verzerrungen sind besonders problematisch bei höheren Frequenzen wie dem 230-Gigahertz-Band, das das EHT derzeit verwendet. Hier werden Signale schnell durch atmosphärische Turbulenzen und Wasserdampf gestört, was die Datenerfassung auf kurze Zeiträume beschränkt und die Empfindlichkeit verringert.

Die FPT-Technik nutzt die Tatsache, dass atmosphärische Variationen verschiedene Frequenzen auf ähnliche Weise beeinflussen, was eine messbare Korrelation schafft. Durch Beobachtungen bei einer niedrigeren Frequenz, speziell 86 GHz, die langsamere atmosphärische Schwankungen erfährt, können Wissenschaftler diese Daten verwenden, um die schnelleren, störenderen Variationen bei 230 GHz zu korrigieren. Dies ermöglicht viel längere Mittelungszeiträume bei der höheren Frequenz und steigert die Signalqualität und Empfindlichkeit erheblich.

Das EHT ist ein globales Netzwerk von Radioteleskopen, das eine Technik namens Very Long Baseline Interferometry (VLBI) verwendet, um Beobachtungen aus der ganzen Welt digital zu kombinieren. Derzeit ist das EHT nur etwa 10 Tage im April in Betrieb, wenn die Wetterbedingungen über die weit verstreuten Teleskope hinweg übereinstimmen. Mit FPT könnten Astronomen dieses Fenster erheblich erweitern und so die Möglichkeit schaffen, Schwarze Löcher regelmäßiger und flexibler zu beobachten, selbst unter weniger idealen Wetterbedingungen.

Diese erhöhte Beobachtungsfrequenz ist entscheidend für ein Hauptziel des EHT: aus Standbildern von Schwarzen Löchern Filme zu machen, die zeigen, wie sie sich im Laufe der Zeit verändern. Da sich die meisten Schwarzen Löcher langsam entwickeln, sind wiederholte Beobachtungen unerlässlich, um zu verfolgen, wie Materie um sie herumwirbelt, wie Materialströme gestartet werden und wie sich Magnetfelder verschieben.

Um dies zu ermöglichen, werden die Teleskope im EHT-Array aufgerüstet, um gleichzeitige Beobachtungen bei mehreren Frequenzen zu unterstützen. Dies umfasst die Hinzufügung von Empfängern für das 86-GHz-Band. Allerdings muss nicht jedes Teleskop im Array mit dem neuen Empfänger ausgestattet werden, damit FPT effektiv ist. Selbst eine teilweise Implementierung kann die Leistung des gesamten Netzwerks verbessern, da alle Teleskope zusammenarbeiten, um ein vollständiges Bild eines kosmischen Ziels zu erstellen.

Zusätzlich zur Leistungssteigerung fügt diese Technik den Bildern selbst eine neue Komplexitätsebene hinzu. Mit mehreren Frequenzbändern können Forscher Daten in verschiedenen Farben überlagern, um detailliertere Strukturen um ein Schwarzes Loch zu enthüllen. Diese Multiband-Bilder helfen, Merkmale wie wirbelndes Gas und Magnetfelder zu entwirren und ein dynamischeres, mehrdimensionales Porträt von Schwarzen Löchern zu zeichnen.

Die anfänglichen Ergebnisse des Teams wurden am 26. März im Astronomical Journal veröffentlicht. Die Forscher arbeiten kontinuierlich daran, das volle Potenzial des EHT-Netzwerks zu entwickeln und sogar noch höhere Frequenzfähigkeiten zu erforschen, wie etwa 345 GHz, die die Multiband-Beobachtungen weiter ergänzen können.

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