Bildunterschrift: Künstlerische Darstellung des Quasars 3C 279. Kornmesser
Ein internationales Team von Astronomen hat das Herz eines fernen Quasars mit beispielloser Schärfe beobachtet, zwei Millionen Mal feiner als das menschliche Sehen. Die Beobachtungen, die durch die erstmalige Verbindung des Atacama Pathfinder Experiment (APEX) -Teleskops mit zwei anderen auf verschiedenen Kontinenten gemacht wurden, sind ein entscheidender Schritt in Richtung des dramatischen wissenschaftlichen Ziels des Projekts „Event Horizon Telescope“: Abbildung der supermassiven Schwarzen Löcher am Zentrum unserer eigenen Galaxie und anderer.
Astronomen verbanden APEX in Chile mit dem Submillimeter Array (SMA) in Hawaii, USA, und dem Submillimeter Telescope (SMT) in Arizona, USA. Sie konnten die schärfste direkte Beobachtung des Zentrums einer fernen Galaxie, des hellen Quasars 3C 279, machen, der ein supermassereiches Schwarzes Loch mit einer Masse enthält, die etwa eine Milliarde Mal so groß ist wie die der Sonne und so weit von der Erde entfernt ist, dass es Licht hat mehr als 5 Milliarden Jahre gebraucht, um uns zu erreichen. APEX ist eine Zusammenarbeit zwischen dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), dem Onsala Space Observatory (OSO) und der ESO. APEX wird von ESO betrieben.
Die Teleskope wurden unter Verwendung einer als Very Long Baseline Interferometry (VLBI) bekannten Technik verbunden. Größere Teleskope können schärfere Beobachtungen machen, und durch Interferometrie können mehrere Teleskope wie ein einziges Teleskop wirken, das so groß ist wie der Abstand - oder die „Grundlinie“ - zwischen ihnen. Mit VLBI können die schärfsten Beobachtungen erzielt werden, indem der Abstand zwischen den Teleskopen so groß wie möglich gemacht wird. Für ihre Quasar-Beobachtungen verwendete das Team die drei Teleskope, um ein Interferometer mit transkontinentalen Grundlinienlängen von 9447 km von Chile nach Hawaii, 7174 km von Chile nach Arizona und 4627 km von Arizona nach Hawaii zu erstellen. Die Anbindung von APEX in Chile an das Netzwerk war von entscheidender Bedeutung, da es die längsten Baselines lieferte.
Die Beobachtungen wurden in Radiowellen mit einer Wellenlänge von 1,3 Millimetern gemacht. Dies ist das erste Mal, dass Beobachtungen bei einer so kurzen Wellenlänge unter Verwendung derart langer Basislinien durchgeführt wurden. Die Beobachtungen erreichten eine Schärfe oder Winkelauflösung von nur 28 Mikrosekunden - etwa 8 Milliardstel Grad. Dies stellt die Fähigkeit dar, Details zu unterscheiden, die erstaunlich zwei Millionen Mal schärfer sind als das menschliche Sehen. Beobachtungen, die so scharf sind, können Skalen von weniger als einem Lichtjahr über den Quasar untersuchen - eine bemerkenswerte Leistung für ein Ziel, das Milliarden von Lichtjahren entfernt ist.
Die Beobachtungen stellen einen neuen Meilenstein dar, um supermassereiche Schwarze Löcher und die Regionen um sie herum abzubilden. In Zukunft ist geplant, noch mehr Teleskope auf diese Weise anzuschließen, um das sogenannte Event Horizon Telescope zu schaffen. Das Event Horizon Telescope kann den Schatten des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum unserer Milchstraße sowie andere in nahe gelegenen Galaxien abbilden. Der Schatten - eine dunkle Region vor einem helleren Hintergrund - wird durch die Biegung des Lichts durch das Schwarze Loch verursacht und wäre der erste direkte Beobachtungsnachweis für die Existenz des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs, dessen Grenze nicht einmal Licht ist kann entkommen.
Das Experiment ist das erste Mal, dass APEX an VLBI-Beobachtungen teilnimmt. Es ist der Höhepunkt von drei Jahren harter Arbeit am hoch gelegenen Standort von APEX auf dem 5000 Meter hohen Plateau von Chajnantor in den chilenischen Anden, wo der Luftdruck nur etwa die Hälfte beträgt das auf Meereshöhe. Um APEX für VLBI vorzubereiten, installierten Wissenschaftler aus Deutschland und Schweden neue digitale Datenerfassungssysteme, eine sehr präzise Atomuhr und unter Druck stehende Datenrekorder, die unter schwierigen Umgebungsbedingungen viele Stunden lang 4 Gigabit pro Sekunde aufzeichnen können. Die Daten - 4 Terabyte von jedem Teleskop - wurden auf Festplatten nach Deutschland verschickt und am Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn verarbeitet.
Die erfolgreiche Hinzufügung von APEX ist auch aus einem anderen Grund wichtig. Mit dem neuen ALMA-Teleskop (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array) teilt es seinen Standort und viele Aspekte seiner Technologie. ALMA befindet sich derzeit im Bau und wird schließlich aus 54 Schalen mit dem gleichen Durchmesser von 12 Metern wie APEX sowie 12 kleineren Schalen mit einem Durchmesser von 7 Metern bestehen. Die Möglichkeit, ALMA mit dem Netzwerk zu verbinden, wird derzeit untersucht. Mit der stark vergrößerten Sammelfläche der ALMA-Schalen konnten die Beobachtungen eine zehnmal bessere Empfindlichkeit erzielen als diese ersten Tests. Dies würde den Schatten des supermassiven Schwarzen Lochs der Milchstraße für zukünftige Beobachtungen in Reichweite bringen.
