11:25 21 November 2019
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    Das supermassereiche schwarze Loch (Archiv)

    Das Geheimnis der schwarzen Löcher: Was versteckt sich im Sternbild Walfisch?

    © Foto: NASA/ESA/STScI
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    Vor einigen Tagen ist die Masse des allerschwersten „schwarzen Lochs“ bekannt geworden: Es ist 40 Milliarden Mal schwerer als die Sonne.

    Warum es solche unglaublichen Objekte im Weltall gibt, erklärt Sputnik in diesem Beitrag.

    „Schwarzes Loch“ mitten im Zentrum der Galaxie

    Forscher interessieren sich schon seit langem für Galaxien, bei denen es sich um eine kompakte Quelle einer starken Strahlung handelt. Eine solche Quelle wird üblicherweise als „aktiver Kern“ bezeichnet.

    Die wahren „Champions“ unter solchen Objekten sind Quasare. Sie liegen weit weg von der Milchstraße, sind jedoch dermaßen hell, dass manche von ihnen von der Erde gesehen werden. Sie wurden im Jahr 1960 entdeckt, und Astronomen vermuteten schon damals, dass dies Kerne von Galaxien sind: Die enormen Energiequellen haben einen relativ geringen Umfang. Möglicherweise geht es dabei sogar um riesige „schwarze Löcher“. Aber da diese Objekte ungeheuerlich weit entfernt liegen, können die Forscher auf der Erde nicht ihren Inhalt analysieren und ihre Masse genau berechnen.

    Auf den ersten Blick wäre es am einfachsten, den Kern der Milchstraße, nämlich der Galaxie, in der sich die Sonne befindet, zu erforschen. Die stärkste Quelle von Radiowellen im Sternbild „Schütze“ - Sagittarius A* - liegt immerhin in „nur“ 26 000 Lichtjahren Entfernung. Da unser Sonnensystem aber am Rande der Milchstraße liegt, kann man das Zentrum der Galaxie nicht direkt sehen. Außerdem „versteckt“ es sich hinter Gaswolken und einem „Bulge“ – einem Gebiet, wo sich enorm viele Sterne dicht beieinander befinden.

    Astronomen vermuten, dass der aktive Kern unserer Galaxie ein „schwarzes Loch“ beinhaltet, und haben seine Masse ziemlich genau kalkuliert, indem sie die Bewegung der benachbarten Sterne analysierten. Und es stellte sich heraus, dass die Masse des „schwarzen Lochs“ „nur“ vier Millionen Mal größer als die der Sonne ist.

    Russisch-deutsches Weltraumobservatorium wird einen Blick in den Kern werfen

    Es gilt, dass ein „schwarzes Loch“ bei einer enormen Verdichtung des Sternstoffs entsteht. Seine Gravitation wird immer größer – und führt am Ende zu einem Kollaps: dem Einsturz des Sternstoffs aus den äußeren Schichten nach innen. Dadurch entsteht ein kompaktes, aber enorm massives Objekt. Um davon loszukommen, muss man die Lichtgeschwindigkeit überwinden, da dies aber unmöglich ist, kann nichts das „schwarze Loch“ verlassen – weder Atome, noch Photonen.

    Ein „schwarzes Loch“ hat keine Oberfläche im üblichen Sinne, dafür aber eine gewisse Grenze, die als „Ereignishorizont“ bezeichnet wird. Und über diese Grenze hinaus kann keine Strahlung geraten. Alles was über den „Ereignishorizont“ gerät, gerät ins „schwarze Loch“.

    „Schwarze Löcher“ bleiben hypothetische Objekte, weil sie sich unmittelbar nicht beobachten lassen. Allerdings gibt es auch genug indirekte astrophysische Informationen, die von ihrer Existenz zeugen. Sie selbst strahlen nichts aus, aber in ihrer Umgebung gehen gewisse Prozesse vor sich, die in verschiedenen Langwellenbereichen zum Ausdruck kommen.

    Besonders kennzeichnend ist der Röntgenbereich. Eine solche Ausstrahlung geht von Elektronen aus, die durch ein Magnetfeld unweit des „schwarzen Lochs“ beschleunigt werden und eine Geschwindigkeit erreichen, die mit der Lichtgeschwindigkeit vergleichbar ist. Die Röntgenstrahlung wird auch als Synchrotronstrahlung bezeichnet, weil sie künstlich auf der Erde in Synchrotron-Beschleunigern generiert wird. Die Sammlung von Informationen über aktive Galaxienkerne ist eine der Aufgaben des im Juni gestarteten russisch-deutschen Weltraumobservatoriums „Spektr-RG“.

    In den letzten Jahren haben die Weltraumforscher ein völlig neues Instrument für Beobachtung von „schwarzen Löchern“ bekommen: den Gravitationswellen-Detektor LIGO. 2015 registrierte dieses Gerät zum ersten Mal Gravitationswellen nach einer Fusion von zwei „schwarzen Löchern“. Seine Auflösung reicht vorerst nicht, um die genaue Lage der jeweiligen Quelle im Himmel festzustellen, aber nach seiner Modernisierung ließen sich Fortschritte auf diesem Weg erwarten.

    Große Hoffnungen verbinden die Astronomen mit Interferometern – Geräten, die den Schatten eines „schwarzen Lochs“ vor dem Licht von helleren Objekten entdecken können. Wie ein solcher Schatten aussieht, wurde im Hollywood-Streifen „Interstellar“ ungefähr gezeigt. An der Arbeit daran beteiligte sich der Nobelpreisträger Kip Thorne als Berater.

    Besonders gut kann man den Schatten eines „schwarzen Lochs“ im Millimeterbereich sehen, der mit bloßem Auge nicht zu sehen ist. Das ist eine der Aufgaben des Weltraumobservatoriums „Millimetron“, das von russischen Forschern entwickelt wird.

    Der „Champion“ unter den „schwarzen Löchern“

    Forscher können entweder „leichte“ „schwarze Löcher“ sehen, die etwa hundert Mal so schwer wie die Sonne sind, oder enorm massive „Löcher“, die Millionen Mal schwerer als unser Stern sind. Dazwischen liegende Varianten gibt es nicht, obwohl Astrophysiker solche Modelle aktiv einsetzen.

    Bisher galt ein „schwarzes Loch“ im Kern der Galaxie M87 im Sternbild „Jungfrau“ als massivstes: Es ist etwa vier Milliarden Mal schwerer als die Sonne.

    Aber dieser Rekord wurde unlängst gebrochen: Astronomen aus Deutschland haben die Angaben des auf den Hawaii aufgestellten riesigen Teleskops VLT ausführlich analysiert, die es über die elliptische Galaxie Holmberg 15 A (gelegen im Galaxien-Cluster Abel 85, sichtbar im Sternbild „Walfisch“) gesammelt hatte.

    Sie fanden irritierend, dass der Kern von Holmberg 15 A anormal groß und nicht so hell wie andere aktive Galaxienkerne war bzw. ist. Die Forscher haben ein entsprechendes Modell entworfen und festgestellt, dass dort ein „schwarzes Loch“ liegt, das 40 Milliarden Mal so schwer wie die Sonne ist.

    Wie solche Monsterobjekte existieren können, ist eine spezielle Frage. Wenn sie durch den Zufluss des Galaxienstoffs entstehen, dann wächst ihre Masse enorm lange. Aber was ist mit Quasaren? Diese Objekte mit enorm großen „schwarzen Löchern“ in ihrem Kern liegen ungeheuerlich weit weg von uns – und das bedeutet, dass sie bald nach der Entstehung des Universums entstanden sind. Also muss es damals gewisse Prozesse gegeben haben, die die Energie so konzentrierten, dass enorm massive „schwarze Löcher“ entstanden sind.

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    Tags:
    Forschung, Schwarzes Loch, Galaxie, Weltraum