Ein kleines Schwarzes Loch, das dank der Gravitation entdeckt wurde

black holes

– Neuigkeiten vom 5. November 2019 –

In den letzten Jahren wurden erhebliche Fortschritte bei der Untersuchung von Schwarzen Löchern erzielt. Die ersten Erfassungen von Gravitationswellen ermöglichten es zu wissen, wie sie verschmelzen, ein zusätzlicher Beweis für ihre Existenz. Im April 2019 enthüllte das Event Horizon Telescope das erste Bild des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs. Während wir vor 100 Jahren begannen, über ihre theoretische Existenz nachzudenken, sind wir uns jetzt der physikalischen Realität der Schwarzen Löcher sicher.

Aber es wäre falsch zu glauben, dass wir jetzt alles über diese kosmischen Monster verstanden haben. Wir werden nie sehen, was sich hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs abspielt, und wir sind uns immer noch nicht sicher, wie groß sie sein können oder wie sie funktionieren.

Erkennung des bisher kleinsten Schwarzen Lochs

Ein Team amerikanischer Forscher hat das kleinste Schwarze Loch entdeckt, das jemals entdeckt wurde, ein Schwarzes Loch mit etwa 3,3 Sonnenmassen. Schwarze Löcher werden normalerweise durch die starken Röntgen-, Gamma- oder Radiostrahlenemissionen ihrer Akkretionsscheibe entdeckt. Aber kleine Schwarze Löcher absorbieren wahrscheinlich weniger Materie und bleiben deshalb wegen ihrer geringen Strahlung unsichtbar.

Dieses Mini-Schwarze Loch wurde auf andere Weise entdeckt. Es wurde entdeckt, weil es Teil eines binären Systems ist. Sein Gravitationseinfluss auf den begleitenden Stern erlaubte es, ihn zu entdecken. Die Forscher haben herausgefunden, dass dieser Stern signifikante Variationen in der Radialgeschwindigkeit aufweist, was ein Zeichen dafür ist, dass er einen Gravitationswalzer mit einem anderen Objekt tanzt.

Eine Erkennungsmethode, die von Exoplanetenjägern übernommen wurde

Normalerweise wird diese Methode verwendet, um Exoplaneten zu detektieren, aber hier ist das Objekt, das für diesen Gravitationseinfluss verantwortlich ist, zu massiv, um ein Planet zu sein. Es ist jedoch in allen Teilen des Lichtspektrums völlig unsichtbar, was bedeutet, dass es auch kein Stern ist. Dies ermöglichte es uns, auf das Vorhandensein eines Schwarzen Lochs mit geringer Masse zu schließen.

Diese Entdeckung ist wichtig, da sie uns verdeutlicht, dass unsere derzeitigen Nachweismethoden möglicherweise nicht viele Schwarze Löcher nachweisen. Alle schwarzen Löcher, die zu schwach mit der umgebenden Materie interagieren, können durch die Strahlung dieser Materie nicht erfasst werden. In diesem Fall könnten neue Nachweismethoden, die sich ausschließlich auf den Gravitationseinfluss von Schwarzen Löchern konzentrieren, helfen, diese besser zu identifizieren.

Gibt es noch kleinere Schwarze Löcher ?

Das Auffinden kleiner schwarzer Löcher ist auch ein Weg, um massive Sterne und Supernovae besser zu verstehen, die zu schwarzen Löchern führen oder in Neutronensterne zerfallen. Typischerweise haben stellare Schwarze Löcher eine Masse, die größer als das Fünffache der Sonnenmasse ist. Neutronensterne haben selten mehr als 2,9 Sonnenmassen. Zwischen diesen beiden Massen war die Grenze verschwommen, bis dieses kleine Schwarze Loch mit 3,3 Sonnenmassen entdeckt wurde. Wir wissen noch nicht, ob wir noch kleinere Schwarze Löcher entdecken werden.





Ein kleines schwarzes Loch im Sonnensystem ?

– Neuigkeiten vom 1. Oktober 2019 –

Einige Astronomen spekulieren seit fünf Jahren, dass es einen neunten Planeten im Sonnensystem gibt. Sie unterstützen diese Vorhersage bei der Beobachtung der Flugbahnen bestimmter transneptunischer Objekte. Diese kleinen Planetoiden umkreisen die Sonne in großer Entfernung, viel weiter als Neptun oder sogar Pluto. Ihre Bahnen sind stark elliptisch, als ob sie von einem massiven Objekt gestört worden wären. Aber sie sind zu weit von Neptun entfernt, als dass dieser Planet für verantwortlich gehalten werden könnte.

Diese Beobachtung veranlasste eine Gruppe von Forschern, einen anderen Orbitalstörer in Betracht zu ziehen, einen unbekannten Planeten, der sich in großer Entfernung von der Sonne entwickelt und etwa zehnmal so massereich ist wie die Erde. Seit dieser Annahme im Jahr 2014 wurden neue extreme transneptunische Objekte entdeckt. Sie haben alle elliptische Bahnen, aber wir haben noch keinen Planeten 9 entdeckt. Das Objekt ist vielleicht zu schwer zu beobachten, weil es sehr weit und sehr dunkel ist oder vielleicht nicht existiert.

Wir können uns in der Tat andere Mechanismen vorstellen, um die Umlaufbahnen extremer Transneptunier zu erklären. Letzte Woche schlugen zwei britische und amerikanische Forscher eine andere Lösung für dieses Problem vor. Der Störer extremer Transneptunier könnte ein Schwarzes Loch sein. Die Hypothese ist gewagt, weil sie auf der Existenz einer Art Schwarzes Loch beruht, das nie entdeckt wurde. Um an den beobachteten transneptunischen Bahnen festzuhalten, sollte dieses Schwarze Loch die fünffache bis zehnfache Masse der Erde haben, was für ein Schwarzes Loch viel zu wenig ist. Dieses Schwarze Loch hätte sich nach dem Zusammenbruch des Kerns eines massereichen Sterns nicht gebildet. Die einzige Möglichkeit ist, dass es sich um ein ursprüngliches Schwarzes Loch handelt.

Diese Art von Objekt, dessen Existenz völlig hypothetisch ist, hätte sich am Anfang des Universums gebildet. Die Materie war so dicht, dass sie lokal hätte zusammenbrechen können, um die ersten schwarzen Löcher zu bilden, die je nach der Instabilität, aus der sie stammte, riesig oder winzig sein können. Die primordialen Schwarzen Löcher sind einer der Kandidaten für die Erklärung der Dunklen Materie. Sie könnten zwar extrem zahlreich sein, aber auch unglaublich schwer zu erkennen, ob sie klein sind. Wenn es existiert, hat das Schwarze Loch, das die Sonne umkreist, zum Beispiel die Größe eines großen Tischtennisballs.

Die Hypothese eines ursprünglichen Schwarzen Lochs löst jedoch einige Fragen, die sich aus der Hypothese eines neunten Planeten ergeben. Wenn wir zugeben, dass sich ein neunter Planet 20 Mal weiter von der Sonne entfernt als Neptun befindet, müssen wir erklären, warum er existiert. Regionen, die so weit von einem Stern entfernt sind, sind für die Planetenbildung nicht förderlich. Es könnte ein wandernder Planet sein, der in der Geschichte des Sonnensystems gefangen genommen wurde. Aber ein ursprüngliches Schwarzes Loch würde genauso gut passen.

Interessant wird die neue Hypothese, dass sie neue Forschungsstrategien vorschlägt. Wir erkennen einen Planeten oder ein Schwarzes Loch nicht auf die gleiche Weise. Ein ursprüngliches Schwarzes Loch könnte tatsächlich nachweisbare Strahlung von den Weltraumobservatorien FERMI oder Chandra emittieren. Natürlich kann es sich genauso gut um eine neue Chimäre handeln. Unser Planetensystem hat möglicherweise weder einen neunten Planeten noch ein ursprüngliches Schwarzes Loch. Es wird jedoch notwendig sein, eine überzeugende Erklärung für die Umlaufbahn extremer Transneptunier zu finden.

Das Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie NGC 3147 widersetzt sich den Modellen der Astronomen

– Nachrichten vom 16. Juli 2019 –

Im April 2019 wurde das erste Bild des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs enthüllt. Auf diesem Bild sehen wir eine glänzende Scheibe, die einen zentralen Schattenbereich umgibt. Wir möchten in der Lage sein, mehr Details dieser Akkretionsscheibe und ihrer Grenzen zu unterscheiden, aber dieses erste Bild lässt uns zumindest bestätigen, dass die allgemeine Relativitätstheorie sehr gut zu funktionieren scheint, um diese Himmelsobjekte zu beschreiben. Wir könnten fast glauben, dass wir langsam beginnen, Schwarze Löcher zu verstehen, aber das Universum ist immer voller Überraschungen.

Dank des Hubble-Weltraumteleskops hat ein Team von Astronomen gerade das etwa 130 Millionen Lichtjahre von zu Hause entfernte Zentrum der Galaxie NGC 3147 beobachtet. Um das zentrale Schwarze Loch herum entdeckten sie eine sehr dünne Scheibe, die sich mit fast 10% der Lichtgeschwindigkeit schnell drehte. Das Problem ist, dass, wenn wir unseren Modellen glauben, diese Festplatte nicht existieren sollte.

NGC 3147 ist keine sehr aktive Galaxie, daher hat ihr zentrales Schwarzes Loch nicht viel zu schlucken. Normalerweise würden wir in diesem Szenario erwarten, dass die Akkretionsscheiben ein aufgedunsenes Aussehen annehmen, wie ein großer Donut um das Schwarze Loch. Dies ist genau das Modell, das die Astronomen mit dieser Beobachtung bestätigen wollten. Stattdessen entdeckten sie eine scheinbar sehr dünne Akkretionsscheibe, ein Szenario, wie wir es von Galaxien gewohnt sind, die mindestens tausendmal heller sind.

Offensichtlich wird es notwendig sein, die Art und Weise zu überarbeiten, wie wir die Akkretionsscheiben supermassiver Schwarzer Löcher in diffusen Galaxien auffassen. In der Zwischenzeit bietet das Schwarze Loch von NGC 3147 eine fantastische Gelegenheit, die spezielle Relativitätstheorie und die allgemeine Relativitätstheorie zu testen. Die Akkretionsscheibe scheint so tief in der Gravitationsquelle des Schwarzen Lochs verankert zu sein, dass das Licht nur schwer entweichen kann. Mit dem Spektrographen an Bord von Hubble konnten Astronomen dieses Licht analysieren. Es erscheint auf einem Teil der Akkretionsscheibe viel heller als auf dem anderen.

Dies liegt nicht an einer ungleichen Verteilung der Materie, sondern an einem Effekt, den die spezielle Relativitätstheorie vorhergesagt hat. Die Lichtquelle bewegt sich sehr schnell. Die beobachteten Photonen werden daher durch den Doppler-Effekt nach rot oder blau verschoben, je nachdem, ob sich ihre Quelle auf uns zu- oder von uns wegbewegt. Dadurch entsteht der Eindruck, dass ein Teil der Akkretionsscheibe des Lochschwarzen heller ist als der andere. Dies war auch bei dem vom Event Horizon Telescope erzeugten Schwarzlochbild der Fall.

Das gesamte Licht, das von der Akkretionsscheibe zu uns kommt, wird ebenfalls stark nach rot verschoben. Es ist ein Indikator für seine Nähe zum Schwarzen Loch und die Schwierigkeit, seiner Anziehungskraft zu entkommen. Wenn wir die Akkretionsscheiben diffuser Galaxien nicht vollständig verstehen, können wir zumindest bestätigen, dass die Relativitätstheorie das richtige Werkzeug ist, um die Materie zu untersuchen. Das Astronomenteam hofft nun, andere sehr kompakte Akkretionsscheiben zu sehen, die supermassereiche Schwarze Löcher von nicht sehr aktiven Galaxien umgeben, damit sie möglicherweise ihre Modelle aktualisieren können.

Das erste Bild eines Schwarzen Lochs wird morgen enthüllt

– Nachrichten vom 9. April 2019 –

Morgen wird das Event Horizon Telescope-Projekt schließlich entweder das Bild des Sagittarius A* oder das Bild eines supermassiven Schwarzen Lochs in der Mitte der Milchstraße enthüllen.

Wir haben vielleicht die Geburt eines Schwarzen Lochs oder eines Neutronensterns gesehen!

– Nachrichten vom 15. Januar 2019 –

Im Juni 2018 erlebten Astronomen aus der ganzen Welt eine gewaltige Explosion, die etwa 200 Millionen Lichtjahre entfernt im Sternbild Herkules stattfand. Einige Wochen später hatte das Objekt viel von seiner Leuchtkraft verloren. Seitdem sammeln sich Hypothesen, um zu versuchen, die genaue Natur dieses kosmischen Ereignisses zu erklären. Ist es eine besonders starke Supernova, ein weißer Zwerg, der brutal durch ein schwarzes Loch, einen Magnetar oder einen Gammastrahlenausbruch disloziert wurde?

Das Objekt wurde AT2018COW genannt. Es schien viel heller als eine normale Supernova, und vor allem leuchtete und beruhigte es sich in Rekordzeit. Es dauerte nur ein paar Tage, bis es seinen Höhepunkt erreicht hatte, und weitere 16 Tage, um viel von seiner Helligkeit zu verlieren.

Ein internationales Team in Zusammenarbeit mit dem Keck-Observatorium bedankt sich für die Quelle dieser Veranstaltung. Sie kombinierten Röntgen-, sichtbares Licht-, Infrarot- und Radiobetrachtungen von mehreren Observatorien. Sie erkannten, dass dieses katastrophale Ereignis die Materie zu fast 10% der Lichtgeschwindigkeit beförderte, und entdeckten, was im Herzen dieser Explosion verborgen war. Sie sind fast sicher, dass die Explosion, die im Sommer 2018 beobachtet wurde, die Bildung eines Schwarzen Lochs oder eines Neutronensterns ist.

Dies ist das erste Mal, dass ein solches Ereignis virtuell live verfolgt werden kann. Schwarze Löcher und Neutronensterne bilden sich, wenn ein Riesenstern stirbt. Wenn der thermonukleare Brennstoff erschöpft ist, bricht das Herz dieser Sterne unter der Wirkung der eigenen Schwerkraft sofort zusammen. Die äußeren Schichten des Sterns werden zu einer gigantischen Explosion geblasen und es bleibt nur ein Objekt mit sehr hoher Dichte in der Mitte, ein Neutronenstern oder im Extremfall ein schwarzes Loch.

Wir wissen noch nicht, welches dieser beiden Objekte im Herzen von AT2018COW geboren wurde, aber es ist die ideale Gelegenheit, um in die komplexe Physik, die ihre Geburt begleitet, zu tauchen. Wenn Sie einen Neutronenstern beobachten, ist er in der Regel schon einige hundert Jahre alt, wenn Sie Glück haben.

Die Beobachtungen von AT2018COW wurden durch verschiedene Dinge erleichtert. Erstens stieß die Explosion viel weniger Material aus als wenn ein typischer massiver Stern starb. Mit zehnmal weniger Trümmern vor ihren Teleskopen konnten Astronomen die Strahlung des zentralen Objekts direkt beobachten. Andererseits sind 200 Millionen Lichtjahre eine kleine Entfernung auf der kosmischen Skala. Andere ähnliche Objekte könnten daher entdeckt werden.

Die Beobachtung von AT2018COW ist ein eindrucksvolles Beispiel für die wachsende Bedeutung der Geschwindigkeit in der Astronomie. Viele der interessantesten Ereignisse im Universum sind vergänglich. Um sie unter den besten Bedingungen beobachten zu können, müssen Observatorien sehr schnell mobilisiert werden, bevor diese Ereignisse abgeschlossen werden können. Dies ist zum Beispiel wichtig, um optische Signale mit Gravitationswellenerfassung schnell identifizieren zu können. Dies ist ein neuer Fortschrittsbereich für Observatorien auf der ganzen Welt, der keine besseren Instrumente, sondern eine bessere Organisation und Zusammenarbeit erfordert. Dies ist die notwendige Voraussetzung, um in das Herz der gewalttätigsten Ereignisse im Universum einzutauchen.

Schwarze Löcher werden nach Sternen und Galaxien verschwinden

– Nachrichten vom 4. November 2018 –

Stephen Hawking sagte voraus, dass Schwarze Löcher verdunsten und verschwinden könnten. Am Rand ihres Ereignishorizonts sollte Strahlung die Hawkingstrahlung bilden. Diese Strahlung kann die Masse eines Schwarzen Lochs bis zu seiner vollständigen Verdampfung ausmaßen. Es ist jedoch eine extrem schwache Strahlung. Der Verdampfungsprozess wäre daher für die meisten schwarzen Löcher sehr lang. Es würde tatsächlich beginnen, wenn das Universum selbst sehr alt und kalt sein wird. Schwarze Löcher könnten dann mehr Strahlung aussenden, als sie absorbieren, und verlieren an Masse.

Für ein schwarzes Loch der Masse der Sonne würde es für die vollständige Verdampfung etwa 1064 Jahre dauern. Die massereichsten Schwarzen Löcher im Universum benötigen zum Verdampfen möglicherweise bis zu 10106 Jahre. Das sind so große Zahlen, dass man sich kaum vorstellen kann. Wenn Stephen Hawking recht hat, lange nachdem alle Sterne und Galaxien verschwunden sind, wird das Universum von schwarzen Löchern beherrscht, die langsam verdunsten. Sie werden schließlich auch verschwinden und eine große Leere hinterlassen, die von einigen Partikeln durchlaufen wird.

Bild von ESO

Quellen

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