Mittwoch, 18. Januar 2012

Astronomen wollen erstmals das Schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße direkt abbilden

Eine Computersimulation von ultraheißem Plasma, bevor es den Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs übertritt (Illu.). | Copyright/Quelle: Scott Noble/RIT / arizona.edu

Tucson/ USA - Schwarze Löcher sind astronomische Objekte mit einer derart großen und auf verhältnismäßig kleinstem Raum konzentrierten Masse und mit einer entsprechend gewaltigen Gravitation, dass alles, was den sogenannten Ereignishorizont überschreitet unweigerlich davon angezogen wird. Ihre Anziehungskraft ist dabei derart groß, dass ihr selbst das Licht nicht mehr entkommen kann. Astrophysiker gehen davon aus, dass besonders massereiche Schwarze Löcher die Zentren von Galaxien bilden. Auch im Zentrum der Milchstraße vermuten sie ein entsprechendes kosmisches Monster. Ein internationales Astronomenteam will dieses Schwarze Loch nun erstmals abbilden. Auf einer Konferenz treffen sich nun internationale Teilnehmer an dem Projekt. Zugleich soll das erhoffte Ergebnis auch Einsteins Relativitätstheorie testen.

Die Konferenz wird von Professor Dimitrios Psaltis und Dan Marrone von und am Steward Observatory der University of Arizona gemeinsam mit Sheperd Doeleman vom Haystack Observatory der Massachusetts Institute of Technology (MIT) organisiert. Das Projekt, so gestehen die Astronomen ein, wäre noch vor wenigen Jahren von den meisten Wissenschaftlern als abstrus bezeichnet worden. "Jetzt verfügen wir aber über die notwendige Technologie, um dieses Vorhaben angehen zu können", erläutert Doeleman.

Erstmals von Albert Einstein in dessen Relativitätstheorie postuliert, gilt die Existenz Schwarzer Löcher mittlerweile durch Beobachtungen, Messungen und Experimenten den meisten Astrophysikern als belegt. Die kosmischen Monster jedoch direkt abzubilden, ist bislang noch nicht gelungen.

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"Bevor Staub und Gase um ein Schwarzes Loch herumwirbeln, um dann in das Innere des Schwarzen Lochs zu stürzen, entsteht in dessen Umfeld sozusagen eine Art Materie-Verkehrsstau", erläutert Doeleman. "Wie Wasser, dass in einem Abfluss hinabwirbelt, wird hier Materie komprimiert und durch die dabei entstehende Reibung in Plasma umgewandelt, das bis auf mehre Milliarden Grad erhitzt wird, wodurch es zu glühen beginnt und dabei Energie abgibt, die dann auch von der Erde aus entdeckt werden kann."

Durch die Abbildung dieser glühenden und das Schwarze Loch umkreisenden Materie, noch bevor sie den Ereignishorizont übertritt und in den Abgrund aus Raum und Zeit hinabstürzt, würde zumindest die auch als "Schatten des Schwarzen Lochs" bezeichnete Silhouette des Schwarzen Lochs offenbaren.

"Bislang verfügen wir nur über indirekte Belege für die Existenz eines Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße", so Psaltis. "Sobald wir aber seinen 'Schatten' sehen, wissen wir zweifelsfrei, dass es existiert."

Obwohl dieses postulierte supermassereiche Schwarze Loch eine Masse von vier Milliarden Sonnen haben soll, ist es nach astronomischen Maßstäben ein Winzling - ist diese Masse doch auf eine Größe komprimiert, deren Durchmesser kleiner ist als die Umlaufbahn des innersten Planeten des Sonnensystems, Merkur. Da es sich zudem 26.000 Lichtjahre von der Erde entfernt befindet, entspräche seine von hier aus sichtbare Größe gerade einmal einer Grapefruit auf dem Mond.

"Um etwas derart Kleines so weit entfernt von uns zu sehen, benötigt man ein wirklich sehr großes Teleskop", erklärt Marrone. "Das größte auf Erden mögliche Teleskop wäre, den gesamten Planeten selbst zu einem Teleskop werden zu lassen."

Um genau dies zu erreichen, planen die Astronomen den Zusammenschluss von bis zu 50 Radioteleskopen rund um den Globus, darunter das Submillimeter Telescope auf dem Mount Graham in Arizona, Teleskopes auf Mauna Kea in Hawaii und die Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy in Kalifornien. Diese weltweite Anlage wird auch mehrere Radioteleskope in Europa, ein 10-Meter großes Teleskop am Südpol und eine 5.000 Meter hoch gelegene Anlage in Mexiko.

"Schlussendlich lassen wir ein virtuelles Teleskop entstehen, dessen Spiegel so groß wie die Erde ist", erläutert Doeleman. "Das 'Event Horizon Telescope' wird jedoch nicht auf einmal die benötigen Daten liefern, sondern diese über Jahre hinweg zusammentragen und während dieser Zeit auch durch das Hinzufügen weiterer Teleskope anwachsen. Dadurch wird das gewünschte Bild des Schwarzen Lochs nach und nach immer schärfer werden." Eines der wichtiges Elemente des globalen Teleskops stellt die Fertigstellung der "Atacama Large Millimeter Array" (ALMA) der Europäischen Südsternwarte in Chile dar (...wir berichteten), deren zusammengeschlossene Einzelantennen alleine schon einen Durchmesser von 90 Metern erreichen.

Blick auf einige der ALMA-Teleskope. | Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Calçada (ESO)/H. Heyer (ESO)/H. Zodet (ESO)

Mit dem virtuellen Teleskop wird es Astronomen erstmals möglich sein, zu sehen, was sich in unmittelbarer Nähe des Ereignishorizonts eines Schwarzen Lochs abspielt. Hierbei handelt es sich um die gewaltigsten Gravitationsfelder des Universums. "Niemand hat Einsteins Relativitätstheorie bislang anhand derart starker Felder getestet."

Laut dieser sollte die Außenlinie des Schattens des Schwarzen Lochs einen perfekten Kreis beschreiben. "Sollte sich dieser Schatten aber abgeflacht darstellen, so würde dies auf Fehler in der Relativitätstheorie hindeuten", so die Forscher. "Doch selbst wenn wir keine Abweichung von der Vorhersage finden, wird das Ergebnis dazu beitragen, fundamentale Aspekte der Relativitätstheorie sehr viel besser zu verstehen."

Neben dem supermassereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße, das Astronomen als "Sagittarius A*" bezeichnen, vermuten Wissenschaftler noch etwa 25 weitere jedoch deutlich kleinere Schwarze Löcher in unserer Galaxie.

"Das Besondere des Schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstraße ist, dass es gerade groß und nahe genug für unser Projekt ist. Zwar gibt es in anderen Galaxien größere Schwarze Löcher und innerhalb der Milchstraße einige näher gelegene Exemplare, doch sind diese entweder zu weit entfernt oder deutlich kleiner als "Sagittarius A*".

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