Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie wurde vor etwas mehr als 100 Jahren formuliert. Von den 1920er bis 1950er Jahren erlebte das Unternehmen jedoch nur in den Händen einer Handvoll bedeutender Entwicklungen PhysikerPhysiker UndAstronomenAstronomen erkunden, z Georges LemaîtreGeorges Lemaîtredie Implikationen der relativistischen Gravitationsgleichungen in der Kosmologie und so weiter EinsteinEinstein Er versuchte, seine Theorie zu verallgemeinern, um die elektromagnetische Kraft einzubeziehen und die Eigenschaften der damals bekannten Elementarteilchen abzuleiten. Vergebliche Versuche zu diesen letzten Punkten, so sehr, dass die Mehrheit der Physiker und AstrophysikerAstrophysiker Der Schwerpunkt dieser Zeit wird sich hauptsächlich auf die Entwicklung der Konsequenzen aus der Entdeckung der Gleichungen der Quantenmechanik durch Heisenberg und Schrödinger in den Bereichen konzentrieren KörperbauKörperbau atomar und nuklear und die damit verbundene Quanten- und relativistische Feldtheorie zu entwickeln.
Sagittarius A*, ein Labor für Astrophysik
In diesem Jahr 2025 feiern wir den 100. Jahrestag von Heisenbergs Entdeckung dieser Gleichungen. Aber unbestreitbar, wie der Nobelpreisträger für Physik, Subrahmanyan Chandrasekhar, uns gerne daran erinnerte: „ die Theorie der Allgemeinen Relativitätstheorie ist eine Gravitationstheorie und wie die Newtonsche Gravitationstheorie, die sie verfeinert und erweitert FoyerFoyer Natürlich ist Astronomie „, so dass es ab den 1960er Jahren mit der Entdeckung von eine Renaissance erlebte QuasareQuasarevon fossile Strahlungfossile Strahlung von UrknallUrknall und schließlich, PulsarePulsare.
Jean-Pierre Luminet, Forschungsdirektor am CNRS, und Françoise Combes, Professorin am Collège de France, erzählen uns von Schwarzen Löchern, insbesondere den großen supermassereichen Schwarzen Löchern in Galaxien, die hinter Quasaren stecken und die Entwicklung von Galaxien beeinflussen. © Hugot-Stiftung des Collège de France
In diesen Jahren und insbesondere in den 1970er Jahren werden wir die Physik intensiv weiterentwickeln Schwarze LöcherSchwarze Löcherdes GravitationswellenGravitationswellen und erforschen Sie auch Alternativen zu Einsteins Gravitationstheorie, wobei wir davon ausgehen, dass es dieselbe gibt RaumzeitRaumzeit Kurve wird Gleichungen postulieren, die sich von denen Einsteins unterscheiden (wir werden sie in diesen Jahren testen). SonnensystemSonnensystem und mit Pulsaren binärbinär). Schwarze Löcher werden dann in diesem Zusammenhang zu theoretischen Laboratorien, die es ermöglichen, sowohl die grundlegendsten Konsequenzen von Einsteins Physik stark gekrümmter Raumzeiten als auch die dieser Alternativen zu testen. Wir werden immer mehr erkennen, dass sie der Schlüssel zum Verhalten von sind aktive galaktische Kerneaktive galaktische Kerne und dass sie die Entwicklung der letzteren stark beeinflussen. Wir werden auch verstehen, dass Schwarze Löcher den Schlüssel zu einer Quantentheorie der Gravitation enthalten müssen, ein wahrscheinlicher Schlüssel wiederum zur Entstehung vonUniversumUniversumdes GegenstandGegenstand dass es enthält und das Erscheinen von Galaxien und den großen Strukturen, die sie zusammenbringen.
Es stellt sich heraus, dass wir glauben, dass wir Glück haben, ein Schwarzes Loch zum Studieren zur Verfügung zu haben über Beobachtungen dieses Mal alle diese Fragen in unserem MilchstraßeMilchstraße und sie ist supermassereich, wie das Herz fast aller anderen großen Galaxien, ob hauptsächlich spiralförmig oder elliptisch. Wir haben es zunächst unwissentlich in Form einer intensiven Radioquelle im gefunden KonstellationKonstellation des Schützen. Es wird als bezeichnet Schütze A*Schütze A* (Sgr A*) und es liegt bei etwa 27.000 LichtjahreLichtjahre des Sonnensystems.
Von EHT bis James-Webb
Jahrzehntelang werden Fortschritte in seiner Erforschung im Wesentlichen durch das Studium der erzielt BewegungenBewegungen von einigen SterneSterne Lieben in der Nähe Schütze A*. Diese Bewegungen wurden mit anderen Beobachtungen an verschiedenen Orten kombiniert WellenlängenWellenlängen deuten darauf hin, dass es ein sehr kompaktes Objekt gibt, das nicht wie ein Stern strahlt und sich daher aus der Sicht in vielerlei Hinsicht wie ein echtes Schwarzes Loch verhält AstrophysikAstrophysik. Studien zu diesen Bewegungen wurden hauptsächlich von den Nobelpreisträgern für Physik Reinhard Genzel und Andrea Ghez durchgeführt und sie zeigten, dass das entdeckte kompakte Objekt eine hatte MasseMasse etwas mehr als 4 Millionen Mal so viel SoleilSoleil.
Wenn es tatsächlich ein Schwarzes Loch ist, bedeutet das, dass es ein Schwarzes Loch hat EreignishorizontEreignishorizont Das definiert eine Art geschlossene Membran, die nur in eine Richtung durchquert werden kann – denn dazu wäre es notwendig, darüber hinauszugehen LichtgeschwindigkeitLichtgeschwindigkeit Um da rauszukommen – wir wissen noch nicht genau, ob es durch die Lösung von Einsteins Gleichungen für ein Schwarzes Loch ohne Rotation, die berühmte Schwarzschild-Lösung, oder durch Rotation, wie wir denken, beschrieben wird, was impliziert, dass es sich dabei um Raumzeit handelt der sogenannten Kerr-Lösung.
In jüngerer Zeit sind dies, wie im Video ganz am Anfang dieses Artikels gezeigt wird, die Mitglieder der Zusammenarbeit Event Horizon Telescope der sich auf das Studium von konzentrierte Schütze A* im Bereich der für Radioteleskope zugänglichen elektromagnetischen Wellen. Doch erstmals wurden diese Beobachtungen durch solche ergänzt, die auf dem Gebiet derInfrarotInfrarot bedeutet die Instrumente von Teleskop räumlich James-WebbTeleskop räumlich James-Webbdas JWST.
-Wie ein veröffentlichter Artikel zeigt, dessen Version auf frei zugänglich ist arXivEin internationales Team unter der Leitung von Astronomen des Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) hat zum ersten Mal einen Flare im mittleren Infrarotbereich entdeckt AkkretionsscheibeAkkretionsscheibe umgibt das Schwarze Loch Sgr A* dank des JWST. Das mittlere Infrarot ermöglicht die Beobachtung von Objekten und Phänomenen, beispielsweise deren Äquivalente SonneneruptionenSonneneruptionendie in anderen Wellenlängen aufgrund des undurchdringlichen Staubs oft schwer zu beobachten sind.
Ein Analogon zu magnetischen Sonneneruptionen
In einer Stellungnahme erklärt Joseph Michail, einer der Hauptautoren des Artikels und Postdoktorand am Harvard CfA: „ Der Sgr A*-Ausbruch entwickelte und veränderte sich innerhalb weniger Stunden schnell, und nicht alle dieser Veränderungen sind bei allen Wellenlängen sichtbar. Seit über 20 Jahren wissen wir, was im Funkbereich und im nahen Infrarotbereich passiert, aber der Zusammenhang zwischen beiden war nie klar oder 100 % sicher. Diese neue Beobachtung im mittleren Infrarot schließt diese Lücke und verbindet beides. »
So können wir das besser testen digitale Modelledigitale Modelle beschreibt, was in der turbulenten Akkretionsscheibe des passiert supermassereiches Schwarzes Lochsupermassereiches Schwarzes Loch und die Eruptionen vorhersagen, basierend auf magnetohydrodynamischen und plasmaphysikalischen Mechanismen, die hinter den bekannteren Sonneneruptionen liegen. Tatsächlich deuten zahlreiche Simulationen darauf hin, dass die Sgr A*-Ausbrüche durch die berühmte Wiederverbindung der Linien von verursacht werden MagnetfeldMagnetfeld in der turbulenten Akkretionsscheibe. So beobachten wir im Fall der Sonne, dass sich zwei magnetische Feldlinien, wenn sie sich einander nähern, miteinander verbinden und eine große Menge davon abgeben können EnergieEnergie Fütterung derEmissionEmission dite synchrotron d’ElektronenElektronen Sie bewegen sich mit Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit entlang magnetischer Feldlinien.
Die neuen Beobachtungen des JWST stimmen mit bestehenden Modellen und Simulationen überein und liefern zusätzliche Beweise zur Untermauerung der Theorie darüber, was hinter den Fackeln steckt.
« Obwohl unsere Beobachtungen darauf hindeuten, dass die Emission von Sgr A* im mittleren Infrarotbereich tatsächlich auf die Synchrotronemission von abkühlenden Elektronen zurückzuführen ist, muss noch viel darüber verstanden werden magnetische Wiederverbindungmagnetische Wiederverbindung und die TurbulenzTurbulenz in der Akkretionsscheibe Sgr A*. Dieser erste Nachweis im mittleren Infrarotbereich und die mit SMA beobachtete Variabilität füllten nicht nur eine Lücke in unserem Verständnis der Ursachen von Sgr A*-Fackeln, sondern eröffneten auch einen wichtigen neuen Forschungsweg “, erklärt Sebastiano von Fellenberg, Postdoktorand am Max-InstitutPlanckPlanck de radioastronomie (MPIfR) und Hauptautor des neuen Artikels.
Die James-Webb-Beobachtungen wurden dann gleichzeitig mit dem Submillimeter Array (SMA, auf dem Gipfel des Mauna Kea/Hawaii), dem NuSTAR-Teleskop und dem Observatorium abgeschlossen RöntgenstrahlenRöntgenstrahlen ChandraChandra.
Die SMA zeigte somit, dass die Beobachtung der Eruption in Millimeterwellen im Vergleich zur Eruption im mittleren Infrarot um etwa 10 Minuten verzögert war. Allerdings war offenbar nicht genug Energie vorhanden, um nachweisbare Röntgenstrahlung zu erzeugen.
