Samstag, 29. September 2012

Astronomen messen erstmals den Radius eines Schwarzen Lochs


Computersimulation des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie "M 87". Sie zeigt, wie die extreme Schwerkraft des Schwarzen Lochs die Erscheinung des Partikelstrahls in der Nähe des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs verzerrt. Teile der Strahlung dieses Jets werden von der Schwerkraft zu einem Ring verformt, der als "Schatten des Schwarzen Lochs" bezeichnet wird.
| Copyright: Avery E. Broderick (Perimeter Institute & University of Waterloo) 


Cambridge (USA) - Einem internationalen Astronomenteam ist es erstmals gelungen, den Radius eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Zentrum einer entfernten Galaxie zu messen. Damit vermaßen die Wissenschaftler erstmals jene Grenze, bis zu der jegliches Material, ja sogar das Licht, vordringen kann, bevor es unwiederbringlich von der unvorstellbaren Schwerkraft des Schwarzen Lochs angezogen wird.

Möglich wurde die Vermessung mit Radioteleskopen in Hawaii, Arizona und Kalifornien, die zum sogenannten "Event Horizon Telescope" (EHT) zusammengeschalten wurden und dadurch Details 2.000 mal schärfer darstellen können, wie das Weltraumteleskop "Hubble".

Diesen Teleskopverbund richteten die Forscher dann auf die rund 50 Millionen Lichtjahre von der Milchstraße entfernte elliptische Riesengalaxie "M 87" im Sternbild Jungfrau aus, von der bereits bekannt, dass sich in ihrem Zentrum ein Schwarzes Loch mit rund fünf Milliarden Sonnenmassen befindet. Durch das letzte Aufglühen von in das Schwarze Loch hineinstürzender Materie konnten die Wissenschaftler nun erstmals den sogenannten "Event Horizon" und damit jene Grenze bestimmen, nach der es für alle Materie und sogar das Licht kein Zurück mehr gibt.

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"Objekte, die diesen Ereignishorizont überschreiten, sind für immer verloren", erläutert Sheperd Doeleman, Assistenzdirektor am MIT Haystack Observatory und Forscher am Smithsonian Astrophysical Observatory. "Es handelt sich um regelrechte Ausgänge aus unserem Universum. Wer durch diese 'Tore' tritt, kommt nie wieder zurück." Die Forscher haben Ihre Entdeckung in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science" veröffentlicht.

"Supermassereiche Schwarze Löcher gehören zu den extremstem Objekten, die von Albert Einstein in dessen Gravitationstheorie vorhergesagt wurden", so Doleman. "Die Gravitation spielt hier völlig verrückt und drückt gewaltige Massen auf unvorstellbar kleinem Raum zusammen. (...) Am Rand eines Schwarzen Lochs ist die Schwerkraft dann so groß, dass sie alles aus der Umgebung des Schwarzen Lochs anzieht. Dennoch kann nicht alles den Ereignishorizont übertreten, um in das Schwarze Loch gepresst zu werden. Das Ergebnis ist sozusagen ein 'kosmischer Verkehrsstau' in dem Gase und Staub sich anhäufen, und eine flache Materiescheibe um das Schwarze Loch herum bilden. Diese umkreist das Schwarze Loch mit annähernder Lichtgeschwindigkeit und nährt so das Schwarze Loch fortwährend mit extrem erhitzter Materie. Mit der Zeit kann diese Scheibe sogar das Schwarze Loch selbst dazu bringen, in der gleichen Richtung zur rotieren, wie sie selbst."


 
Grafische Darstellung der Partikel-Jets aus einem Schwarzen Loch.
| Copyright: NASA and Ann Field (Space Telescope Science Institute)

In diesem spiralförmigen Fluss gefangen, sind auch Magnetfelder, die das heiße Material entlang gewaltiger Jets oberhalb der Scheibe beschleunigen. Die so entstehenden Hochgeschwindigkeitsströme schießen mehrere hunderttausend Lichtjahre quer durch die ganze Galaxie und können zahlreiche galaktische Prozesse - etwa die Geschwindigkeit, mit der sich Sterne bilden - beeinflussen. "Die Ausrichtung dieser Jets kann Wissenschaftlern dabei helfen, die Dynamik Schwarzer Löcher besser zu verstehen", so Doeleman.
Gerade für "M 87" ist ein solcher Jet charakteristisch und ist sogar auf Aufnahmen des Weltraumteleskops "Hubble" deutlich zu sehen (s. Abb.).

Laut den aktuellen Messungen misst die Materiescheibe um das Schwarze Loch im Zentrum von M87 mit einem Durchmesser von 110 Milliarden Kilometern gerade einmal die 5,5-fache Ausdehnung des Ereignishorizonts selbst, was laut den physikalischen Gesetzen dafür spricht, dass sich beide in gleicher Richtung drehen. Die so gemessenen Eigenschaften scheinen nun die bisherigen Vorstellungen von der Entstehung dieser Partikelstrahlen zu bestätigen.


Der Partikelstrahl aus "M 87", fotografiert vom Weltraumteleskop "Hubble".
| Copyright: ESA/NASA

Durch das Hinzuschalten weitere Radioteleskope in Chile Europa, Mexiko, Grönland und in der Antarktis, wollen die Astronomen zukünftig noch weitere Merkmale des Schwarzen Lochs abbilden und erforschen.

Auch im Zentrum unserer Galaxie, der Milchstraße, vermuten Astrophysiker ein derzeit jedoch ruhendes Schwarzes Loch, mit der Bezeichnung "Sagittarius A*".

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