Jagd auf Schwarze Löcher am Südpol

Jedes der Teleskope, an dem die Astronomen des Event Horizon Telescope (EHT) derzeit arbeiten, um in ihr schwarzes Loch beobachtendes, planetgroßes Array zu bringen, ist ein Sonderfall.

Das Südpol-Teleskop. Bildnachweis: Daniel Luong-Van, National Science Foundation

Jedes der Teleskope, an dem die Astronomen des Event Horizon Telescope (EHT) derzeit arbeiten, um in ihr schwarzes Loch beobachtendes, planetgroßes Array zu bringen, ist ein Sonderfall. Mexikos Large Millimeter Telescope zum Beispiel ist ein riesiges Einzelteller auf einem außergewöhnlich hohen Berg, ganz zu schweigen vom größten wissenschaftlichen Projekt seines Landes. Das Atacama Large Millimeter Array (ALMA) ist ein Milliardeninstrument, das leistungsstärkste Radioteleskop der Welt.

Das Südpol-Teleskop ist in mehrfacher Hinsicht ein Sonderfall. Erstens das Offensichtliche: Es ist am Südpol. Das macht es unglaublich schwierig, selbst bei gutem Wetter zu kommen, und im australischen Winter völlig unzugänglich. Es gibt aber auch weniger offensichtliche Unterscheidungsmerkmale. Zum einen wurde das Südpol-Teleskop für die sehr spezifische Aufgabe entwickelt, den kosmischen Mikrowellenhintergrund zu untersuchen - etwas völlig anderes als das, was die Astronomen des EHT wünschen.

Deswegen flog der Astronom und der EHT-Mitarbeiter Dan Marrone der Universität von Arizona-Tucson im vergangenen Dezember zusammen mit mehreren Kollegen zum Südpol. Ihre Aufgabe bestand darin, die Ausrüstung zu installieren, die das Südpol-Teleskop zur Beobachtung der Schwarzen Löcher dem EHT benötigen würde.

Normalerweise strahlt die 10-Meter-Schale des Südpol-Teleskops extrem schwache Strahlung aus dem kosmischen Mikrowellenhintergrund in eine Kamera, die Bolometer genannt wird. „Diese Kamera misst effektiv die Wärme des Himmels in einer bestimmten Richtung, indem sie abtastet, wie viel das angesammelte Licht jeden Detektor aufheizt“, erklärt Marrone. Für die VLBI-Technik (Very Long Baseline Interferometry), die vom Event Horizon Telescope verwendete Technik, benötigt der SPT eine andere Art von Kamera - ein Ein-Pixel-Instrument, das die Wellenform von Mikrowellen (insbesondere mit einer Frequenz von 230 GHz) aufzeichnet das Teleskop. Mit diesem einzigen, hochempfindlichen Pixel, erklärt Marrone, "können wir tatsächlich einen" Film "des elektrischen Feldes aufnehmen, das die Strahlung unserer Ziele auf der Oberfläche des Teleskops erzeugt."

Während eines kompletten Event-Horizon-Teleskop-Beobachtungslaufs werden Teleskope auf der ganzen Welt einen solchen „Film“ auf Banken mit 8-Terabyte-Festplatten aufnehmen und dann an das Haystack-Observatorium des MIT in der Nähe von Boston zurücksenden, wo Wissenschaftler die gesammelten Daten zusammenführen werden Alle Standorte verwenden einen Supercomputer, der als Korrelator bezeichnet wird.

Als Marrone am 1. Dezember Tucson verließ, hatte sein Team bereits 13 Kisten mit Ausrüstung an den Pol geliefert. Als Marrone am 9. Dezember ankam, warteten nur zwei dieser Kisten auf ihn. „Es ist nie leicht, am Südpol etwas zu unternehmen“, sagt Marrone.

Während der ersten paar Wochen, als die Fracht hereinlief, machten Marrone und seine Kollegen ihre Arbeit, die sie konnten. Der Platz war knapp und das Gebäude war im Bau. „In den ersten eineinhalb Monaten waren wir dort, jeden Tag löste sich jemand mit einer Acetylen-Fackel im Ohr und füllte die Luft mit komisch scharfem Rauch“, sagt Marrone. Als die letzte Ladung der Fracht Ende Dezember ankam, „konnten wir wirklich fliegen, und das haben wir auch getan“, sagt Marrone. „Es waren sehr lange Tage. Wir stolpern um 8 oder 8:30 Uhr, kommen zum Mittag- oder Abendessen zurück und arbeiten bis Mitternacht. Weihnachten, Neujahr, es war egal. "

Mitte Januar beendeten Marrone und ihre Crew die Installation und richteten das modifizierte Teleskop auf den Himmel. Mit dem VLBI-Empfänger des South Pole Telescope erhielten sie früh am 16. Januar Ortszeit erstes Licht, indem sie ihre einzelnen Pixel über den Himmel scannten und, wie Marrone sagte, „Karten des für jede Himmelsposition aufgezeichneten Pixelwerts erstellen“.

Das offizielle erste Lichtbild, das von der Südpol-Installationsmannschaft unterzeichnet wurde, ist eine Karte von Kohlenmonoxid in der Nähe des Zentrums der Milchstraße.

Eine molekulare Wolke in der Nähe des galaktischen Zentrums, wie sie vom modifizierten Südpol-Teleskop gesehen wird. Bildnachweis: Dan Marrone

Ein anderes Bild zeigt den Mond bei 230 Gigahertz. "Statt reflektiertes Licht zu sehen, sieht man die Hitze, die von der Oberfläche des Mondes austritt", sagt Marrone. „Insbesondere ist der Halbmond bei 1 mm breiter als im optischen Bereich, da die Teile des Mondes, die gerade das Sonnenlicht verloren haben, immer noch abkühlen. Sie können auch echte Signaturen der dunklen und hellen Flecken sehen, die Sie normalerweise mit Ihrem Auge sehen. "

Der Mond bei 230 GHz, vom Südpol-Teleskop erfasst. Bildnachweis: Dan Marrone

Dies sind nur Testbilder, aber sie beweisen, dass die Ausrüstung, mit der das Südpol-Teleskop am Event Horizon Telescope teilnehmen kann, funktioniert. Der nächste Schritt wird sein, das Südpol-Teleskop mit einem anderen Fernfernrohr zu verbinden. Das SPT- und das Atacama Pathfinder Experiment (APEX) -Teleskop in Chile beobachteten nicht lange nachdem die SPT die Bilder oben aufgenommen hatte, und die resultierenden Daten werden derzeit am Haystack-Observatorium analysiert. Wenn „Fransen“ auftauchen, ist dies ein großer Schritt in Richtung des vollständigen EHT-Arrays, um ein Foto des schwarzen Lochs in der Mitte der Milchstraße zu machen.

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