Schlagwort: Schwarzes Loch

Größtes Schwarzes Loch aller Zeiten entdeckt

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Schwarzes Loch im Phoenix Cluster

Dieses Monster sprengt jede Vorstellungskraft – wir kennen nun ein noch größeres Schwarzes Loch als TON618.

Supermassive Schwarze Löcher gehören zu den faszinierendsten Objekten des Kosmos und sicherlich gingen viele von euch davon aus, dass das größte Exemplar von allen TON618 sei. Tatsächlich ist es ein absolut gigantisches supermassives Schwarzes Loch, das lange Zeit als das schwerste Schwarze Loch überhaupt galt. Es ist gigantisch verglichen mit unserem Sonnensystem. Es bringt 66 Milliarden Mal das Gewicht der Sonne auf die Waage, die Dimensionen sind wirklich unvorstellbar.

Größenvergleich Phoenix A Ton 618 und Sonnensystem (Faren29 _ Wikimedia Commons)
Größenvergleich Phoenix A Ton 618 und Sonnensystem (Faren29 _ Wikimedia Commons)

Doch jetzt kommt’s: Forscher haben ein noch massiveres Monster gefunden, und zwar im sogenannten Phoenix Cluster. Der Phoenix Cluster ist ein massiver und heißer Galaxienhaufen, der sich etwa 8,5 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Er gehört zu den am besten untersuchten Galaxienhaufen. Eines seiner auffälligsten Merkmale ist die hohe Sternentstehungsrate im Zentrum des Haufens.

Das Schwarze Loch im Phoenix Cluster

Man vermutet, dass jenes supermassive Schwarze Loch im Zentrum des Phoenix Cluster dafür verantwortlich ist, dass so viele Sterne gebildet werden. Das Schwarze Loch nimmt Material aus seiner Umgebung auf und setzt dadurch Energie und Strahlung frei, die dazu beitragen, dass sich Gas und Staub in der Nähe des Schwarzen Lochs zusammenballen und schließlich zur Bildung von Sternen führen. Man könnte also sagen, dass dieses Schwarze Loch eine Art stellarer Geburtshelfer ist!

Hinzu kommt, dass es im Zentrum des Clusters gigantische Mengen an heißem Gas gibt. Dieses Gas hat eine Temperatur von mehreren Millionen Grad und strahlt im Röntgenbereich. Deswegen können wir den Phoenix Cluster auch sehr gut im Röntgenbereich untersuchen.

Unten seht Ihr eine Röntgenaufnahme des Chandra-Weltraumteleskops der NASA. Und auch für die hohen Temperaturen ist das Schwarze Loch verantwortlich, da es Wärme und Strahlung freisetzt, die das Gas erhitzen. Diese Energie wird vor allem in Form von gigantischen Jets ausgestoßen, heftige Explosionen, die in der Akkretionsscheibe eines Schwarzen Lochs entstehen.

Aufnahme des Phoenix Clusters (NASA_STScI)
Aufnahme des Phoenix Clusters (NASA_STScI)

Schwarzes Loch hat Masse von 100 Milliarden Sonnen

Das Schwarze Loch befindet sich in der zentralen Galaxie des Phoenix Clusters, die den Namen Phoenix A trägt, deswegen spricht man auch vom Phoenix A Schwarzen Loch. Es wiegt nach neuesten Schätzungen ungefähr 100 Milliarden Mal so viel wie die Sonne. Mit 100 Milliarden Sonnenmassen ist dieses kosmische Ungetüm also noch mal 34 Milliarden Sonnenmassen schwerer als TON618.

Die Begrenzung der Schwarzen Löcher in der Darstellung weiter oben ist übrigens der Ereignishorizont, der Bereich, hinter dem die Schwerkraft eines Schwarzen Lochs so stark wird, dass noch nicht mal mehr Licht entkommen kann. Phoenix A ist also wirklich ein Schwerkraftmonster und hier kommen noch einige unglaubliche Fakten, die euch vom Hocker hauen werden: Phoenix A ist schlappe 24.000-mal schwerer als das zentrale Schwarze Loch unserer Milchstraße Sagittarius A*. Phoenix A einmal zu umrunden, würde 71 Tage und 14 Stunden dauern – mit Lichtgeschwindigkeit!

Richtig gehört, mit der höchsten möglichen Geschwindigkeit wärt Ihr über 71 Tage unterwegs. Und es übersteigt sogar einige Galaxien vom Gewicht her, es ist zum Beispiel doppelt so schwer die Triangulum Galaxie.

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Mit Hilfe des Hubble-Teleskops konnte die NASA eine noch bessere Aufnahme des aktiven Kerns des Phoenix-Clusters machen, die Ihr hier gerade seht. Der Gedanke, dass wir hier etwas sehen, das achteinhalb Milliarden Lichtjahre entfernt ist, ist unglaublich. In einem NASA-Statement heißt es zu der Aufnahme: “Zehn Milliarden Sonnenmassen kühleren Gases befinden sich entlang von Filamenten nördlich und südlich des Schwarzen Lochs, die wahrscheinlich von Ausbrüchen des supermassiven Schwarzen Lochs im Zentrum des Bildes stammen.”

Stupendously Large Black Holes

Mit diesem unvorstellbaren Ausmaß gehört Phoenix A zu einer ganz besonderen Gruppe von Schwarzen Löchern, den sogenannten Stupendously Large Black Holes, kurz SLABs. Damit beschreibt man Schwarze Löcher, die noch wesentlich größer sind als gewöhnliche supermassive Schwarze Löcher und die Mindestmasse, um in den exklusiven Club der SLABs aufgenommen zu werden, ist eben genau 100 Milliarden Sonnenmassen.

Damit ist Phoenix A das bislang einzige bekannt SLAB. Noch vor zwei Jahren sagte der Kosmologe Bernard Carr: “Wir wissen, dass Schwarze Löcher in einem riesigen Bereich von Massen existieren, daher ist es nur natürlich, sich zu fragen, ob es eine Obergrenze gibt. Einige Leute mögen skeptisch sein, was die Existenz von SLABs angeht, weil sie schwer zu bilden sind. Allerdings war man auch bei supermassereichen Schwarzen Löchern skeptisch, bis sie gefunden wurden.”

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Und jetzt ist das Ganze so gut wie bewiesen – natürlich nicht 100%ig, solange wir nicht wirklich ein direktes Bild vom Phoenix A Schwarzen Loch machen können, aber die Indizien sind sehr stark. Und nun vermuten einige Forscher schon, dass es irgendwo da draußen in den Weiten des Kosmos sogar Schwarze Löcher geben könnte, die kurz nach dem Urknall so viel Materie angesammelt haben, dass sie bis zu 100 Billionen Mal so viel wie die Sonne wiegen könnten. Die Existenz solcher Ultra-SLABs ist aber wirklich absolute Theorie – zumindest, bis sie dann irgendwann entdeckt werden.

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Schwarzes Loch bricht aus Galaxie aus

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Schwarzes Loch auf der Flucht

Ein Schwarzes Loch ist aus seiner Galaxie ausgebrochen! Wie konnte das passieren und stellen solche marodierenden Schwarzen Löcher eine Gefahr für uns da?

Schwarze Löcher sind unheimlich. Durch ihre immense Schwerkraft und massive Dichte entsteht ein Bereich, aus dem selbst mit Lichtgeschwindigkeit kein Entkommen mehr möglich wäre und niemand hat irgendeine Ahnung, was in diesem Bereich jenseits des Ereignishorizonts geschieht. Nun wird es noch beunruhigender, denn eines der Schwerkraftmonster ist auf freiem Fuß und rast unkontrolliert durch den Kosmos.

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Die Geschwindigkeit des Schwarzen Lochs bei dieser Flucht in die Freiheit ist so hoch, dass es die Distanz zwischen der Erde und dem Mond in nur 14 Minuten zurücklegen würde. Es begann alles mit einem Anfangsverdacht und zwar als Astronomie-Professor Pieter van Dokkum der Uni Yale sich eine Aufnahme des Hubble-Teleskops genauer ansah. Auf der Aufnahme war eine Art heller Streifen zu sehen. Er hielt dies für ein sogenanntes Artefakt in der Aufnahme, verursacht durch kosmische Strahlung.

Hubble-Aufnahme des Schwarzen Lochs und der Sternenspur (NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale); Image Processing_ Joseph DePasquale (STScI))
Hubble-Aufnahme des Schwarzen Lochs und der Sternenspur (NASA, ESA, Pieter van Dokkum (Yale); Image Processing_ Joseph DePasquale (STScI))

Schwarzes Loch auf der Flucht

Als ein Forscherteam dann die Bildartefakte rausfilterte, war der Streifen immer noch zu sehen. Nach und nach kam raus: Was hier für einen Bildfehler gehalten wurde, ist eine der spannendsten Entdeckungen seit langem. Ein schweres Schwarzes Loch, herausgeschleudert aus seiner Galaxie, das einen Schweif von neu entstehenden Sternen hinter sich herzieht. Wow. 

Wir haben bereits eine Aufnahme des Verdächtigen und wissen dadurch auch einiges über ihn. Dieses Schwarze Loch auf der Flucht wiegt wohl etwa 20 Millionen Sonnenmassen, damit ist es mehr als viermal schwerer als das zentrale Schwarze Loch unserer Galaxis, Sagittarius A*. Bei dieser Masse können wir also wirklich sagen, dass wir es hier mit einem – und jetzt passt auf – SCHWERverbrecher zu tun haben. Können wir auch den Tathergang rekonstruieren? Was würde Sherlock Holmes schlussfolgern, wenn er das sehen würde… und Physik studiert hätte? Ein Schwarzes Loch außerhalb seiner Galaxie, eine Spur von jungen Sternen zwischen ihm und seiner Wirtsgalaxie… hier wurde eindeutig das Schwarze Loch durch eine Kollision mit vermutlich ein oder zwei anderen Sterneninseln aus seiner Galaxie herausgeschleudert. 

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Galaxienkollision als Grund

Und das Team um Professor Dokkum geht davon aus, dass es hier zu einer wirklich seltenen und bizarren Dreifachkollision kam. Denn wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren, etwa wenn zwei Galaxien miteinander verschmelzen, dann vereinen sie sich in der Regel zu einem noch schwereren Schwarzen Loch. Wenn aber drei Schwarze Löcher sich treffen, dann kann es passieren, dass eines herausgeschleudert wird. 

Künstlerische Darstellung des fliehenden Schwarzen Lochs (NASA, ESA, Leah Hustak (STScI))
Künstlerische Darstellung des fliehenden Schwarzen Lochs (NASA, ESA, Leah Hustak (STScI))

Aber woher kommt die Spur an jungen Sternen, die das Schwarze Loch hinter sich zurücklässt? Als das Schwarze Loch aus der Galaxie herausmarodierte, riss es natürlich jede Menge Gas mit heraus und es bewegte sich auch durch die wasserstoffhaltigen Außenbereiche der Galaxie, dem sogenannten Halo. Viel Gas wurde dabei in den gravitativen Schlund des Schwarzen Lochs gesogen, aber durch die immense Geschwindigkeit wurden auch große Wasserstoffareale einfach durch das Schwarze Loch zusammengequetscht. Und wenn man genügend Wasserstoff zusammenquetscht, erhält man einen Stern. 

Schwarzes Loch hat 200.000 Lichtjahre großes Sternenband

Unser Tatverdächtiger hat bei seiner Flucht vom Tatort also sehr viele Spuren hinterlassen, eine Spur von komprimierten Wasserstoff, aus dem neuen Baby-Sterne entstanden. Und die Indizienkette hier ist wirklich lang, das Band aus Sternen, das das Schwarze Loch hinter sich herzieht, erstreckt sich über 200.000 Lichtjahre! Damit ist es in etwa so groß wie unsere gesamte Galaxis, die Milchstraße. Professor van Dokkum sagt: “Das Gas vor dem Schwarzen Loch wird durch den Überschallstoß des Schwarzen Lochs, das sich mit sehr hoher Geschwindigkeit durch das Gas bewegt, erschüttert. Wie das genau funktioniert, ist aber nicht wirklich bekannt. Es ist reiner Zufall, dass wir darüber gestolpert sind.”

Um den Fall abzuschließen, brauchen wir aber noch mehr handfeste Beweise. Und da kommt das James-Webb-Teleskop ins Spiel, das sich das runaway Black hole, wie die NASA es nennt, in der nahen Zukunft mal genauer anschauen soll. Dann wird es vor allem interessant zu sehen, ob sich unsere Hypothese mit der Dreierkollision der Schwarzen Löcher bestätigen lässt. Eins steht jedenfalls fest: Wir sind vor dem Übeltäter sicher, denn das ganze Geschehen spielte sich in einer Entfernung von 7,5 Milliarden Lichtjahren ab. Dieses Schwarze Loch wird also nicht in die Nähe unseres Sonnensystems kommen, aber das Wissen um die grundsätzliche Existenz von Schwarzen Löchern kann einen natürlich ein wenig beunruhigen…

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Die Erde im Visier: Schwarzes Loch ändert Richtung

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Jet eines Schwarzen Lochs

So etwas gab es noch nie zuvor: Ein Schwarzes Loch hat seine Richtung geändert und schießt seine Energiestrahlen nun genau auf die Erde! Wie gefährlich kann das für uns werden?

Ihr steht endlich mal im Scheinwerferlicht! Aber es ist der Scheinwerfer eines Schwarzen Lochs und er ist direkt auf die Erde gerichtet. Aber Spotlight ist Spotlight und die ganze Welt ist eine Bühne und alle Frauen und Männer bloße Spieler, sagte schon Shakespeare. 

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Also fangen wir mal ganz bodenständig an. Schwarze Löcher, diese Schwerkraftmonster des Kosmos, tauchen in verschiedenen Masseklassen auf. Es existieren stellare Schwarze Löcher, die entstehen, wenn schwere Sterne am Ende ihres Lebens in einer Super- oder sogar Hypernova sterben und sich ihre Restmasse zu einem Schwarzen Loch zusammen quetscht. Das ist ein sehr verdichtetes Objekt, dessen Schwerkraft in einem gewissen Bereich so groß ist, dass selbst Road Runner nicht mehr entkommen könnte. Und das Licht natürlich auch nicht. Je größer die Masse eines Schwarzen Lochs, desto größer der Bereich, aus dem das Licht nicht mehr entkommen kann. Und die Grenze dieses lichtverschluckenden Areals, das ist der Ereignishorizont. Im Zentrum von Galaxien befinden sich meist die richtigen Schwergewichte.

Das größte Schwarze Loch

Diese sogenannten supermassiven Schwarzen Löcher besitzen meist mehrere Millionen oder sogar Milliarden Sonnenmassen. Das schwerste bekannte Schwarze Loch ist übrigens Phoenix A. Dieses Ungetüm ist tatsächlich größer als das gesamte Sonnensystem. Und um solche supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien geht oftmals richtig die Post ab, denn wenn Materie sich dem Schwerkraftschlund nähert, dann bildet sie eine Akkretionsscheibe. Dort werden Planeten, Sterne, Staub, Gas und alles andere herumgewirbelt und bilden einen Ring of Fire, auf den selbst Johnny Cash neidisch wäre. 

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Wenn die Energie in der Akkretionsscheibe ein kritisches Ausmaß erreicht, dann wird sie in heftigen Energiestrahlen fortgeschleudert, diese bezeichnet man als Jets. Einige von euch werden sich fragen: Müssten die Jets nicht auch verschluckt werden? Nichts kann einem Schwarzen Loch entkommen! Die Akkretionsscheibe befindet sich aber noch außerhalb des Ereignishorizonts. Logisch, sonst könnten wir sie ja gar nicht sehen. Hier ist die Gravitation auch schon immens aber noch nicht so stark, dass es physikalisch unmöglich wäre, zu entkommen. Und die Jets haben genügend Energie und Geschwindigkeit, um dem Abgrund zu entfliehen. 

Quasare und Blazare

Quasare nennt man übrigens einen aktiven Galaxienkern mit Schwarzem Loch, Akkretionsscheibe, Jets und allem drum und dran. Wissenschaftler lieben es, mit Fachbegriffen um sich zu schmeißen und erfinden deswegen immer neue. So kommt es, dass es nicht nur Quasare gibt, sondern auch Blazare. Ein Blazar ist ein Quasar, dessen Jet nicht irgendwo in den Weltraum gefeuert wird, sondern direkt auf die Erde. 

Wie Ihr wisst, ist der Weltraum ziemlich groß und die Wahrscheinlichkeit, dass ein solcher Jet direkt die Erde anvisiert, ist ziemlich gering. Blazare sind daher selten und noch seltener ist es, dass ein Quasar sich plötzlich als Blazar identifiziert. Und genau das haben Astronomen nun entdeckt. 

Ein aktiver Galaxienkern, ein supermassives Schwarzes Loch, das plötzlich seine Richtung änderte, Jets in Richtung Erde feuerte und dadurch vom Quasar zum Blazar wurde. Wahnsinn. Die an der Entdeckung beteiligte Forscherin Lorena Hernández-García beschreibt es so: “Wir begannen, diese Galaxie zu untersuchen, da sie merkwürdige Eigenschaften aufwies. Unsere Hypothese war, dass der Jet des supermassereichen Schwarzen Lochs seine Richtung geändert hat.”

Radiogalaxien im Universum

Es geht um die Galaxie mit dem sehr einfach zu merkenden Namen P B C J 2 3 3 3 .9 – 2 3 4 3. Diese Sterneninsel ist 656 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt und strahlt wegen der Jets sehr stark im Radiobereich, man bezeichnet solche Sterneninseln daher auch als Radiogalaxien. Das Forscherteam aus Chile untersuchte diese Radiogalaxie auf Herz und Nieren, beziehungsweise in diesem Fall auf Radio-, Infrarot- und Röntgenwellen. Und was sie entdeckten, ist wirklich irre: Einer der Jets aus dem zentralen supermassiven Schwarzen Loch, der vorher noch senkrecht zu unserer Sichtlinie stand, hat seine Richtung um 90 Grad geändert, so dass er nun der Erde zugewandt ist. Wie kann das denn passieren? Antwort: Niemand weiß es. 

Aufnahme der Radiogalaxie PBC J2333.9-2343 (Institute for Astronomy at the University of Hawaii _ Pan-STARRS)
Aufnahme der Radiogalaxie PBC J2333.9-2343 (Institute for Astronomy at the University of Hawaii _ Pan-STARRS)

Aber tatsächlich lautet die Hypothese, dass sich die Jet-Ausrichtung durch Galaxienkollisionen oder zumindest die Kollision zweier Schwarzen Löcher temporär verändern kann, und dann nach einiger Zeit wieder kippt. Vielleicht hatte also das Schwarze Loch dieser Radiogalaxie eine Kollision hinter sich und dadurch ist die Ausrichtung des Jets so unstet. Aber was bedeutet das für uns? Stehen wir nun wie ein erschrockenes Reh im kosmischen Scheinwerferlicht?

Wir müssen uns wohl keine Sorgen machen. Wir nehmen solche Schwarzen-Loch-Jets hauptsächlich im Radiobereich wahr. Die Energiemenge im Radiobereich, die von diesen unfassbar weit entfernten kosmischen Objekten zu uns dringt, ist minimal. Wie minimal? Die Astronomin Yvette Cendes formuliert es sehr schön: “Es handelt sich um sehr schwache Signale. Die Energiemenge, die in der Geschichte der Radioastronomie gesammelt wurde, ist geringer als die Energie, die man braucht, um eine Schneeflocke zu schmelzen.”

Darstellung eines Blazars (NASA JPL)
Darstellung eines Blazars (NASA JPL)

Interessant ist ein solcher Blazar natürlich trotzdem, denn er gibt uns die Möglichkeit, die Jets Schwarzer Löcher viel besser zu untersuchen, als wenn sie weit weg von uns zeigen würden. Also um es noch mal zusammenzufassen: Das aktive Schwarze Loch einer Radiogalaxie hat sich durch ein mächtiges Ereignis, das wir nicht genau kennen, gedreht und schießt seine Energiestrahlen nun genau Richtung Erde, Gefahr für uns besteht aber nicht.

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Gasblase fliegt um Schwarzes Loch

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Künstlerische Darstellung eines Schwarzen Lochs

Eine Gasblase bewegt sich um das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße – und zwar mit rund einem Drittel der Lichtgeschwindigkeit. Was hat es damit auf sich?

Eine Gasblase rast mit einer wahnsinnigen Geschwindigkeit um das Schwarze Loch. Bevor wir uns anschauen, was es damit auf sich hat, springen wir kurz in der Zeit zurück. Vor vier Monaten ist etwas wirklich Galaktisches geschehen. Die erste Aufnahme vom zentralen Schwarzen Loch unserer Galaxis wurde veröffentlicht. Unten seht Ihr das Foto von dem supermassiven Schwarzen Loch im Zentrum der Galaxis, Sagittarius A*. Die helle Akkretionsscheibe aus Material, das von der Schwerkraft des Schwarzen Lochs erfasst wird, ist sehr gut zu erkennen.

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Sagitarrius A* ist ein echtes Schwergewicht und besitzt knapp vier Millionen Sonnenmassen. Wie Ihr sicherlich wisst, beeinflusst die Masse eines Objekts die Raumzeit. Sie wird verformt wie ein Trampolin, auf dem sich ein schweres Objekt befindet. Im Umkreis eines solchen Schwerkraftmonsters wie Sagittarius A* verhält sich die Raumzeit sehr bizarr. 

Foto vom Schwarzen Loch Sagittarius A*
Das erste Foto von einem Schwarzen Loch: Sagittarius A* und die Akkretionsscheibe

90.000 km/s schnelle Gasblase

Dazu passt der Fund, den Astronomen im Umkreis dieses Schwarzen Lochs gemacht haben. Sie entdeckten etwas, das mit einer hohen Geschwindigkeit um den Schlund von Sagittarius A* rast – und zwar mit rund 30 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Das sind umgerechnet knapp 90.000 Kilometer pro Sekunde. 

Um was für eine mysteriöse Struktur könnte es sich hier handeln? Der Astrophysiker Maciek Wielgus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie sagt: “Wir glauben, dass wir es mit einer heißen Gasblase zu tun haben, die Sagittarius A* auf einer Bahn umkreist, die der des Planeten Merkur ähnelt, aber in nur etwa 70 Minuten eine volle Schleife macht.”

schneller als der Merkur

Es geht also ganz konkret um eine Gasblase, die mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit um ein supermassives Schwarzes Loch kreist. Zum Vergleich können wir uns den Merkur anschauen. Der Planet umkreist die Sonne in derselben Entfernung wie die Gasblase das Schwarze Loch. Der Merkur fliegt auf seiner Bahn mit einer Geschwindigkeit von knapp 50 Kilometern pro Sekunde. Das ist 1.800 mal langsamer als die Geschwindigkeit der Gasblase. Aber was ist denn diese Gasblase eigentlich genau und wie entsteht sie?

Dass es in der Nähe des Schwarzen Lochs solche Gasansammlungen gibt, ist nicht ungewöhnlich. Wie wir schon auf der Aufnahme von Sagittarius A* gesehen haben, bilden sich um Schwarze Löcher Akkretionsscheiben, in denen alles mögliche herumgewirbelt wird, was dem Schwarzen Loch zu Nahe kam. Gas, Staub, Licht, Planeten, Sterne und so weiter. Diese Gasblase scheint aber speziell zu sein. 

Flares am Schwarzen Loch ließen Gasblase entstehen

An der Erstellung der ersten Aufnahme von Sagittarius A* war unter anderem das ALMA-Radioteleskop in Chile beteiligt. Als die Forscher dessen Daten isoliert ausgewertet haben, entdeckten sie im Radiobereich, dass Sagittarius A* im Jahre 2017 ein wenig Flatulenzen hatte. Es spuckte einen sogenannten Flare aus, eine Eruption, die meistens durch vorbeiziehende Objekte getriggert wird. Man geht davon aus, dass solche Flares das Ergebnis der Wechselwirkung von heißem Gas mit einem Magnetfeld im Bereich des Schwarzen Lochs sind. 

Darstellung von der NASA von Flares aus einem Schwarzen Loch
Flares: Heiße Gasausbrüche aus einem Schwarzen Loch

Die Forscher bemerkten, dass das heiße Gas stark polarisiertes Licht aussendete, das die Signatur der Synchrotronbeschleunigung aufwies – beides tritt in Gegenwart eines starken Magnetfeldes auf. Man kennt das von der Erde von einigen Teilchenbeschleunigern. In denen befinden sich die Teilchen auf einer Kreisbahn, in die sie durch magnetische Felder gezwungen werden, und in denen bei der Bewegung die Magnetfeldstärke synchron mit der Teilchenenergie erhöht wird – deswegen Synchrotron. Daher wusste man, dass der Gasblob sich so verhält, als hätte ihn ein starkes Magnetfeld beeinflusst. Quasi ein Synchrotronteilchenbeschleuniger, den niemand künstlich erschaffen hat, sondern der auf natürlichem Wege um Sagittarius A* entstanden ist, da Schwarze Löcher oftmals eben gewaltige Magnetfelder aufweisen. 

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Maciek Wielgus sagt: “Was wirklich neu ist, ist, dass solche Flares bisher nur in Röntgen- und Infrarotbeobachtungen von Sagittarius A* deutlich zu sehen waren. Hier sehen wir zum ersten Mal einen sehr starken Hinweis darauf, dass umlaufende Hot Spots auch in Radiobeobachtungen vorhanden sind.”

Wird die Bubble vom Schwarzen Loch verschluckt?

Sagittarius A* erschafft durch seinen Magnetismus also eine festgelegte Kreisbahn, in der die Objekte innerhalb der Akkretionsscheibe gezwungen sind, mit immenser Geschwindigkeit immer und immer weiter zu rotieren. Ob der Gasblob irgendwann verschluckt wird, also sich über den Ereignishorizont bewegt, die Grenze, hinter der selbst Lichtgeschwindigkeit nicht mehr entkommen, ist nicht klar. Denn es gibt ein böses Vorurteil über Schwarze Löcher, nämlich dass sie alles verschlucken, egal wie groß, egal wie weit weg. Dabei haben auch Schwarze Löcher eine bestimmte Schwerkraft und wenn man den richtigen Abstand hält, kann man einen stabilen Orbit um ein Schwarzes Loch halten. Es ist sogar denkbar, dass es Planeten gibt, die um ein Schwarzes Loch orbitieren, so wie unsere Erde um die Sonne. Und die wird ja schließlich auch nicht von der Sonne eingesogen. Solche Planeten bezeichnet man als Blanets, ein Kofferwort aus Planet und Black Hole. 

Szene aus dem Film Interstellar mit dem Schwarzen Loch
Schwerkraftmonster: Das Schwarze Loch Gargantua aus dem Film Interstellar

Besonders gut dargestellt wird das im Science-Fiction-Film Interstellar, auf dem die Protagonisten gleich mehrere solcher Blanets besuchen, die um das Schwarze Loch Gargantua kreisen. Jedenfalls könnte es sein, dass die heiße Gasblase sich wie ein Blanet stabil um Sagittarius A* dreht, da sie durch das Magnetfeld in eine feste Kreisbahn gezwungen wird. In dem Fall wird sie sich noch für sehr lange Zeit weiter bewegen – ein wenig wie ein Uhrzeiger. Nur dass sie nicht wie eine normale Uhr 60 Minuten für eine Umdrehung braucht, sondern 70. Und dass die Uhr nicht gerade an die Wand passen würde, sondern so groß ist wie die Merkurbahn. 

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So klingt ein Schwarzes Loch

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Darstellung Schwarzes Loch

Die NASA hat das Geräusch eines Schwarzen Lochs aufgenommen – und es ist ebenso faszinierend wie gruselig. 

Im Weltraum gibt es keine Geräusche, richtig? Das stimmt nicht so ganz, es handelt sich um einen weit verbreiteten Irrglauben. Forscher konnten nun sogar ein Schwarzes Loch hörbar machen. Schwarze Löcher sind Objekte, deren Masse in einem bestimmten Bereich so sehr verdichtet ist, dass eine Singularität entsteht. Ein Punkt, der so zusammengequetscht ist, dass er keine Ausdehnung mehr besitzt, noch nicht mal einen Millimeter. Um diese Singularität herum ist die Schwerkraft sehr stark und in einem gewissen Umkreis kann selbst das Licht nicht mehr entkommen. Die Grenze, hinter der das Licht der Gravitation nicht mehr widerstehen kann, nennt man Ereignishorizont und je nachdem, wie schwer das Schwarze Loch ist, erreicht dieser Ereignishorizont unterschiedlich große Ausmaße. Alles könnte theoretisch zum Schwarzen Loch werden, es müsste nur genügend verdichtet werden. 

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Trotz ihres einnehmenden Wesens beeinflussen Schwarze Löcher aber auch ihre Umgebung. Sie senden heftige Energiestrahlen aus, die man als Jets bezeichnet. Diese entstehen, wenn sich um ein Schwarzes Loch Materie ansammelt in einer sogenannten Akkretionsscheibe. In der Akkretionsscheibe entstehen gigantische Energiemengen, die sich irgendwann als Jets in den Kosmos entladen. Schwarze Löcher senden aber teilweise auch Gravitation- und Druckwellen aus. Insgesamt kann man sagen, dass Schwarze Löcher nicht nur jede Menge Kram verschlucken, sondern auch Effekte aussenden, die die Umgebung beeinflussen. Und das haben sich NASA-Forscher zunutze gemacht. 

Perseus Galaxienhaufen: Hier tönt ein Schwarzes Loch

Welche Geräusche machen Schwarze Löcher?

Sie beobachteten ein Schwarzes Loch im Perseus-Galaxienhaufen in einer Entfernung von schlappen 240 Millionen Lichtjahren. Die NASA schrieb in einer Pressemitteilung: “Astronomen entdeckten, dass die Druckwellen, die das Schwarze Loch aussendet, Wellen im heißen Gas des Haufens verursachen, die in einen Ton übersetzt werden können – einen, den Menschen nicht hören können, etwa 57 Oktaven unterhalb des mittleren C.” Das Schwarze Loch interagiert also mit den umliegenden heißen Gasnebeln. Und das konnte die NASA in hörbare Frequenzen umwandeln – so klingt ein Schwarzes Loch:

Unglaublich: So hört sich ein Schwarzes Loch an

Gruselig, oder? Vor allem klingt es irgendwie… spacig. Es könnte als Hintergrund-Sound von Star Trek funktionieren, oder? Der Ton ist übrigens nicht genau das, was Ihr hören würdet, wenn Ihr euch in der Nähe des Schwarzen Lochs befinden würdet – denn Menschen wären nicht in der Lage den Originalton zu hören. 

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Ton von Schwarzen Loch aufgenommen

Die NASA-Forscher haben den Ton in den hörbaren Bereich für uns Menschen übersetzt. Die Signale sind in dieser Form, wie wir sie eben gehört haben, bis zu 288 Quadrillionen Mal höher als ihre ursprüngliche Frequenz. Man bezeichnet so ein Vorgehen als Sonifikation. Aber warum können wir denn überhaupt etwas im Weltraum hören? Der größte Teil des Weltraums ist ein Vakuum, in dem sich keine Schallwellen ausbreiten können. In diesem Großteil stimmt das Vorurteil, dort könnt Ihr tatsächlich nichts hören. Aber das Vakuum ist nicht überall perfekt.

Heißer Gasnebel

An Orten wie Galaxienhaufen gibt es große Mengen an intergalaktischem Gas, das Hunderte oder sogar Tausende von Galaxien einhüllt. Wie so eine Art Gas-Suppe, in der die Galaxien schwimmen. Super dünn und mit bloßem Auge unmöglich zu erkennen, aber dieses intergalaktische Gas genügt als Medium für die Ausbreitung von Schallwellen. Hier noch eine schöne Umschreibung der NASA-Forscherin: “Es ist wie eine wunderschöne Filmmusik von Hans Zimmer mit einem sehr hohen Stimmungsniveau. Die Vorstellung, dass es diese supermassiven Schwarzen Löcher gibt, die im ganzen Universum verstreut sind und unglaubliche Lieder ausstoßen, ist ein sehr verlockender Gedanke.”

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Befindet sich das Universum in einem Weißen Loch?

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Künstlerische Darstellung Universum und Schwarzes Loch

Befindet sich unser Universum in einem Weißen Loch? Dafür gibt es starke Hinweise!

Wie ist eigentlich das Universum entstanden? Woher kommt all das hier und wie konnte es zu dem seltsamen Umstand kommen, dass wir auf der Erde sind und uns Gedanken über den rätselhaften Kosmos machen? 

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Ein kurzer Rückblick auf das, was bisher geschah: Unser Universum existiert nach der Ansicht der meisten Astrophysiker seit knapp 13,8 Milliarden Jahren. Der Anfangspunkt war nach herrschender Meinung der Urknall, ein Akt der Selbstschöpfung des Kosmos. All die Energie und Materie, die heute in Form von Planeten, Nebeln, Sternen und so weiter durch das All fliegt, war in einem winzigen Punkt zusammengequetscht, einer sogenannten Singularität. Aus ominösen Gründen begann dieser Punkt zu wachsen und zu wachsen – bis heute. 

Mit dem Urknall begann das Universum

Warum ist der Kosmos, wie er ist?

Und heute hat der Weltraum gigantische Ausmaße erreicht. Er ist gefüllt mit Milliarden wenn nicht Billionen von Galaxien. Und er dehnt sich immer noch aus. Die allermeisten Galaxien bewegen sich in diesem Moment von uns weg. Das ist der kosmologische Stand der Dinge, ganz grob zusammengefasst und da könnte man ja eine sehr berechtigte Frage stellen: Warum ist das überhaupt so?

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Die meisten Astrophysiker sagen: Einfach so. Das Universum ist aus dem Nichts entstanden und vor dem Universum war demnach einfach nichts. Es gibt aber auch andere Hypothesen, unter anderem, dass sich unser Universum in einem Schwarzen Loch befindet. Eine andere lautet: Unser Universum ist in einem Weißen Loch. Um das zu verstehen, müssen wir erstmal klären, was ein Weißes Loch überhaupt ist. Ihr könnt euch ein Weißes Loch vorstellen wie das Gegenstück zu einem Schwarzen Loch. Ganz vereinfacht gesprochen: Schwarze Löcher ziehen Dinge an, Weiße Löcher spucken Dinge aus. Während hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs keine Kraft der Physik mehr entkommen kann, noch nicht mal das Licht, könnte den Ereignishorizont eines Weißen Lochs keine Kraft der Physik die Grenze von außen überwinden, man käme also gar nicht rein. 

Die Theorie der Einstein-Rosen-Brücke

Wenn man die Idee weiter spinnt, könnte jedes Schwarze Loch mit einem Weißen Loch verbunden sein. Diese Verbindung, dieser Raumzeittunnel wäre eine Einstein-Rosen-Brücke oder umgangssprachlich auch ein Wurmloch. Wer sich fahrlässigerweise in ein Schwarzes Loch einsaugen lässt, könnte ganz woanders im Universum aus einem Weißen Loch ausgespuckt werden. Das ist aber alles nur Theorie. Der praktische Beweis für die Existenz Weißer Löcher steht noch aus, man hat noch keines in freier Wildbahn gefunden. 

So könnte die Einstein-Rosen-Brücke aussehen

Aber sie sind im Rahmen von Albert Einsteins berühmten Feldgleichungen möglich. Durch die Lösung konnte man schon die Existenz Schwarzer Löcher theoretisch vorhersagen, lange bevor man wirklich das erste Bild eines Schwarzen Lochs machen konnte. Bisher hatte Albert Einstein eigentlich mit allem Recht und deswegen könnte man argumentieren, dass auch Weiße Löcher existieren, wir sie aber eben wegen mangelhafter technischer Mittel noch nicht entdeckt haben. 

Was ist das Informationsparadoxon?

Ein weiteres Argument für die Existenz Weißer Löcher ist das sogenannte Informationsparadoxon. Wenn etwas hinter dem Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs verschwindet und dann Teil der Singularität wird, gehen Informationen des verschluckten Etwas verloren – denn das Innere eines Schwarzen Lochs besitzt keine Informationen mehr außer Informationen über die Masse, die elektrische Ladung und den Drehimpuls. Mehr Daten kann man über ein Schwarzes Loch nicht erheben. Der berühmte Physiker John Wheeler beschrieb das etwas seltsam mit dem Satz: Schwarze Löcher haben keine Haare. Also haben sie quasi nichts, anhand dessen man sie beschreiben könnte. Es gibt einen quantenphysikalischen Grundsatz, der besagt, dass Informationen nicht verloren gehen können, das Postulat der Unitarität der Zeitentwicklung.

Einfacher formuliert: Gemäß der Quantenphysik können Informationen nicht unwiederbringlich verloren gehen. In einem Schwarzen Loch scheint aber genau dies zu geschehen. Paradox. Die Lösung für dieses Informationsparadoxon könnten – richtig – Weiße Löcher sein. Die Informationen gehen vielleicht gar nicht verloren, versteckt vor unseren neugierigen Blicken werden sie irgendwo anders aus einem Weißen Loch wieder herausgepült. 

Darstellung eines Weißen Lochs

Der Physiker Hal Haggard hält das für sehr gut möglich und sagt: “Warum sollte man nicht untersuchen, ob Weiße Löcher derart interessante Konsequenzen haben? Die Geometrie ist in beiden Fällen sehr ähnlich. Das geht sogar so weit, dass sie manchmal mathematisch identisch sind.” Der Anknüpfungspunkt ist die Singularität. Sowohl im Zentrum von Schwarzen Löchern wie auch von Weißen Löchern befindet sich eine Singularität. Und auch unser Universum begann in einer Singularität. Könnte unser Universum also aus einem Weißen Loch geboren sein, dessen Singularität quasi ein Universumssamen war und aus dem alles nun seit Milliarden Jahren wie ein zartes Pflänzlein erblüht? 

Um das noch besser zu verstehen, müssen wir uns in den Bereich der Quantenphysik bewegen, also dem ominösen Teil der Physik, der sich mit den allerkleinsten Elementarteilchen befasst. Bei Singularitäten versagen die Prinzipien der klassischen Physik ein wenig, da ein unendlich kleiner, unendlich verdichteter Punkt nicht wirklich möglich oder beschreibbar ist. Einige Quantentheorien quantifizieren daher die Raumzeit und postulieren eine Quantentheorie der Schwerkraft. Sie kommen zu dem Schluss, dass die Sichtweise der klassischen Physik auf Schwarze Löcher und Co. unvollständig ist. Nach der Theorie der Schleifen-Quantengravitation haben die Grundbausteine der Raumzeit die Form von extrem kleinen Schleifen. Quantenschleifen. Und diese Schleifen haben eine endliche, beschreibbare Größe, stünden also im Einklang mit der Physik. 

Stellen wir uns mal einen sehr schweren Stern vor, der kurz vor dem Kollaps steht, das heißt er endet in einer Hypernova und verdichtet seine Restmasse derart, dass ein Schwarzes Loch entsteht. Gemäß der Quantenschleifentheorie kann diese Zusammenquetschung des Sterns nicht bis zum Punkt der Singularität, also dem Punkt der unendlichen Dichte, reichen. Stattdessen würde der Stern, bevor er den Punkt der Singularität erreicht, einen Quantensprung erleben. Ab einem gewissen Druck, der auf der Restmasse des Sterns lastet, verwandelt sich das Schwarze Loch in ein Weißes Loch. Dieser Prozess der Umwandlung eines Schwarzen Lochs in ein weißes Loch würde nur Bruchteile einer Sekunde dauern. Und genau dieser Schleifenquantensprung eines sterbenden Sterns könnte doch der Startpunkt eines neuen Universums sein. 

Unser Universum könnte entstanden sein, in dem irgendwo anders, in einem Mutteruniversum ein sehr schweres Objekt kollabiert ist und durch einen Quantensprung ein Weißes Loch erschaffen wurde. Durch einen kosmischen Rülpser, um diesen Fachterminus mal weiter zu verwenden, wurde schließlich die gesamte Masse und Energie über den Ereignishorizont des Weißen Loches geschleudert und unser Universum erblickte das Licht der Welt. Der Physiker Lee Smolins machte diese Theorie populär und er beschreibt es so: “Ein Stern, der zu einem schwarzen Loch kollabiert, wird sehr schnell auf eine unendliche Dichte zusammengedrückt und die Zeit bleibt stehen. Anstatt auf eine unendliche Dichte zu kollabieren, kollabiert der Stern auf eine bestimmte extreme Dichte, prallt dann zurück und beginnt wieder zu expandieren. Der Punkt, an dem die Zeit im Inneren eines Schwarzen Lochs endet, wird mit dem Punkt verbunden, an dem die Zeit in einem Urknall in einem neuen Universum beginnt.”

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Leben wir in einem Schwarzen Loch?

von By 1 Kommentar
Schwarzes Loch

Befindet sich unser Universum in einem Schwarzen Loch? Dafür gibt es neue Hinweise. Was es damit auf sich hat, erfahrt Ihr in diesem Beitrag.

Wir könnten in einem Schwarzen Loch leben – und auch wenn Ihr jetzt denkt, dass ich vielleicht übergeschnappt bin: Ich bin mir sicher, dass ich euch gute Argumente dafür liefern kann. Starten wir mit einer Idee von Stephen Hawking. Hawking hielt es für möglich, dass jedes Mal, wenn in unserem Universum ein Schwarzes Loch erzeugt wird, ein “Baby-Universum” entstehen könnte, das nur für einen Beobachter zugänglich ist, der sich innerhalb des Ereignishorizonts des Schwarzen Lochs befindet. Was für ein faszinierender Gedanke: Stellt euch mal vor, Ihr würdet von der Gravitation eines Schwarzen Loches erfasst, übertretet den Ereignishorizont und vielleicht erwartet euch dann nicht der Tod sondern ein gänzlich neues, aufregendes Universum. 

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Wenn man diese Idee von Stephen Hawking weiterspinnt, dann liegt der Gedanke nahe, dass auch unser Universum sich in einem Schwarzen Loch befinden könnte. Der Astrophysiker Ethan Siegel hat sich damit beschäftigt und viele Indizien zusammengetragen, die diese Theorie wahrscheinlich erscheinen lassen: “Könnte unser Universum tatsächlich von einem schwarzen Loch hervorgebracht worden sein, das in einer Art großem “Mutteruniversum” entstanden ist, und gebären wir jedes Mal ein neues Universum, wenn ein neues schwarzes Loch entsteht? Das ist eine faszinierende Idee, die es wert ist, erforscht zu werden.”

Was ist ein Schwarzes Loch?

Dazu erstmal ein paar Grundlagen: Ein Schwarzes Loch ist ein Objekt, das verdichtet ist und so viel Schwerkraft besitzt, dass in einem gewissen Bereich selbst das Licht nicht mehr entkommen kann. Die Grenze dieses lichtverschluckenden Bereiches nennt man Ereignishorizont. Je schwerer das Schwarze Loch ist, desto weiter verschiebt sich der Ereignishorizont nach außen. Was hinter diesem Ereignishorizont geschieht, wissen wir nicht, denn, wenn dort selbst Licht nicht mehr herausdringt, dann kommen gar keine Informationen mehr heraus. Das bietet also jede Menge Raum für Spekulationen. 

Darstellung eines Schwarzen Lochs

Unser Universum ist ein mehrdimensionaler Raum, der permanent expandiert. Er expandiert zwar mit Überlichtgeschwindigkeit, so dass wir das Ende des Kosmos nicht erreichen können, aber entgegen weit verbreiteter Ansicht gibt es ein Ende – auch wenn es vermutlich nicht einfach eine Wand sein dürfte wie im Film die Truman Show. Oder vielleicht doch? Was wäre, wenn die Grenze unseres Universums der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs wäre, das sich in einem noch größeren Mutteruniversum befindet?

Größe des Ereignishorizontes = Größe des Universums?

Außergewöhnliche Behauptungen erfordern außergewöhnliche Beweise, hat schon Carl Sagan gesagt. Deswegen kommen hier nun einige Indizien, die eure Meinung ändern werden. Es gibt Schätzungen darüber, welches Gesamtgewicht das Universum wohl ungefähr haben müsste. Wenn man die Masse und Energie aller im sichtbaren Universum enthaltenen Teilchen zusammenzählt, kann man sich die Frage stellen: “Wie groß wäre der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mit dieser Masse?” Und das Ergebnis: Der Ereignishorizont eines Schwarzen Lochs mit der Masse unseres Universums wäre ungefähr so groß wie die Ausmaße des beobachtbaren Universums. Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass das ein Zufall ist? 

Vielleicht wehren sich einige von euch immer noch und sagen: Das Universum ist viel zu groß, das kann nicht in einem Schwarzen Loch zusammengequetscht sein… oder?!

Befinden wir uns in einer Singularität?

Dröseln wir das mal auf. Was würde das bedeuten, wenn unser Schwarzes Loch im Zentrum eines Schwarzen Loches wäre. Das würde in der Tat bedeuten, dass es komplett zusammengequetscht wäre – um es mal sehr wissenschaftlich zu formulieren. Denn das Schwarze Loch selbst ist ein stark verdichteter, kleiner Punkt, eine Singularität, eine Masseansammlung ohne Ausdehnung. Je mehr das Schwarze Loch verschluckt, desto schwerer wird die Singularität – aber nicht größer, denn die besondere Eigenheit einer Singularität ist ja gerade, dass sie immer unfassbar klein bleibt und eine so winzige Ausdehnung besitzt, dass man sie nicht mit irgendeiner Größenangabe beschreiben könnte. Dieses Konzept der Singularität bereitet den Physikern schon lange Kopfzerbrechen. Denn ein unfassbar verdichteter Punkt ohne Ausdehnung steht ein bisschen auf Kriegsfuß mit den Gesetzen der Physik. 

Selbst Albert Einstein hat oft versucht, um das Ergebnis herumzukommen, dass Schwarze Löcher und Singularitäten existieren könnten – obwohl seine entdeckten einsteinschen Gesetze die Existenz von Schwarzen Löchern und damit auch Singularitäten voraussagten. Es ist unglaublich, dass er es selbst nicht wahrhaben wollte. Lange Rede, kurzer Sinn: Da wir keine Ahnung haben, welche bizarren Gesetze das Wesen der Singularität bestimmen, könnte es möglich sein, dass wir uns innerhalb einer solchen Singularität befinden und es nicht wissen. 

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Die Expansion des Kosmos durch Dunkle Energie

Die passende Größe des Ereignishorizonts eines potentiellen Schwarzen Loches und die des beobachtbaren Universums sind ein starkes Indiz. Ein weiteres könnte die Expansion unseres Kosmos sein. Seit der Entstehung des Universums, nach weit verbreiteter Meinung im sogenannten Urknall, vor etwa 13,8 Milliarden Jahren wächst das Universum. Und begonnen hat es nach der Urknalltheorie in einer Singularität. Wie ein Schwarzes Loch. 

Der sichtbare Kosmos

Doch mysteriöserweise schwächt sich die Expansion nicht ab je länger der Urknall her ist – was ja zu erwarten wäre – sondern sie nimmt immer weiter zu. Warum ist unerklärlich und Physiker haben das Konzept der Dunklen Energie entwickelt. Dunkle Energie bringt den Kosmos scheinbar zum schnelleren Wachsen, aber niemand weiß, was Dunkle Energie ist. Wie wär’s damit: Dunkle Energie ist eine Interaktion unseres Kosmos mit dem Bereich außerhalb des Schwarzen Lochs, eine Interaktion mit dem Mutteruniversum. Vielleicht befindet sich das Schwarze Loch, in dem wir uns befinden, seit Anbeginn der Kosmologie in der Wachstumsphase, weil es weitere Materie verschluckt. Dadurch wird es schwerer und der Ereignishorizont, also die Grenze des beobachtbaren Universums, verschiebt sich nach außen. Ich weiß, es klingt fast zu nachvollziehbar, um wahr zu sein. 

Das Nichtvorhandensein Weißer Löcher

Und noch ein drittes Argument: Die Abwesenheit der Weißen Löcher. Klingt wie eine Fortsetzung zu Das Schweigen der Lämmer, meint aber einfach den Umstand, dass wir noch nie ein Weißes Loch in “freier Wildbahn” irgendwo im Kosmos entdeckt haben. Weiße Löcher sind das theoretische Gegenteil Schwarzer Löcher. Den Ereignishorizonts eines Schwarzen Loches kann man nicht mehr von innen nach außen überschreiten, man ist im Schwarzen Loch gefangen. Den Ereignishorizont eines Weißen Lochs kann man nicht von außen nach innen überschreiten, ihr kommt nicht rein. Man könnte also sagen, dass Schwarze Löcher Materie verschlucken, Weiße Löcher spucken sie wieder aus. Und die Verbindung zwischen einem Schwarzen Loch und einem Weißen Loch könnte eine Einstein-Rosen-Brücke sein, besser bekannt unter dem Begriff Wurmloch. 

So könnte es in einer Einstein-Rosen-Brücke aussehen

Und jetzt das Mysteriöse: Weiße Löcher sind nach Albert Einsteins Relativitätstheorie denkbar. Und bisher hat man eigentlich irgendwann noch alles entdeckt, was laut Einsteins Theorien denkbar ist – Weiße Löcher aber noch nicht. Vielleicht ja aus folgendem Grund: Unser Universum ist durch eine Einstein-Rosen-Brücke mit dem Mutteruniversum verknüpft. Und deswegen haben wir noch ein Weißes Loch gefunden, weil uns der Blick in das Mutteruniversum, jenseits unseres Ereignishorizonts nicht möglich ist. Und genau so gut könnte es sein, dass jedes Schwarze Loch in unserem Universum euch in einem Tochteruniversum aus einem Weißen Loch ausspucken würde. Schwarze Löcher als Eingang in ein Wurmloch, dessen Ausgang ein Weißes Loch in einem anderen Universum sind. 

Das waren nun einige Argumente für die Hypothese, aber man muss natürlich auch festhalten, dass es keine Beweise sind. Ethan Siegel schreibt: “Was leider fehlt, ist der entscheidende Schritt einer eindeutig identifizierbaren Signatur. Wir wissen nicht, ob unser Universum durch die Entstehung eines schwarzen Lochs entstanden ist, aber zum jetzigen Zeitpunkt ist es eine verlockende Möglichkeit, die wir nicht ausschließen sollten.” 

Ich finde die Indizien relativ stark, aber denke mir auch, dass die Schwarze-Loch-Hypothese einen großen Nachteil hat: Sie verlagert die Frage nach dem Ursprung unseres Kosmos wieder nur auf eine andere Ebene. Wir wüssten dann zwar, dass unser Universum innerhalb eines Schwarzen Lochs entstanden ist – aber wie ist das Mutteruniversum entstanden? Auch so? Aber was war dann der Anfang von allem?! Und schon stehen wir wieder vor der größten Frage von allen und sind nicht wirklich weiter gekommen. 

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Sagittarius A*: Sensationelles Foto vom Schwarzen Loch

von By
Schwarzes Loch in der Milchstraße

Was für eine Sensation! Endlich gibt es das allererste Foto des supermassiven Schwarzen Loches im Zentrum unserer Milchstraße. Das ist vermutlich das spektakulärste astronomische Ereignis der letzten Jahre.

Aber Moment mal. Ein Foto von einem Schwarzen Loch? Das gab es doch vor ein paar Jahren schon mal, oder nicht? Richtig. Das erste richtige Bild eines Schwarzen Loches wurde 2019 veröffentlicht. Unten seht ihr das supermassive Schwarze Loch im Zentrum der Galaxie M87. 

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Das erste Foto eines Schwarzen Lochs außerhalb unserer Galaxie

Das Schwarze Loch in der Galaxie M87

Es wirkt etwas befremdlich, dass das erste Foto eines Schwarzen Loches nicht aus unserer Milchstraße stammt, sondern aus einer fremden Galaxie. Das ist aber einfach zu erklären: Das M87-Schwarze-Loch ist sehr viel schwerer als das Schwarze Loch in unserer Milchstraße. Es hat daher viel größere Ausmaße. Außerdem liegen zwischen dem Schwarzen Loch in unserer Galaxis und uns jede Menge dichte Staub- und Gaswolken, die die Beobachtung zusätzlich erschweren. Obwohl M87 weiter weg ist, war es daher einfacher zu fotografieren. 

Nun ist aber denselben Wissenschaftlern, nämlich vom Event Horizon Telescope, eine absolute Sensation gelungen: Sie haben Sagittarius A*, das zentrale Schwarze Loch unserer Milchstraße, fotografiert. Dieses Ungetüm ist knapp 26.600 Lichtjahre von unserem Sonnensystem entfernt und bringt 4,3 Millionen Sonnenmassen auf die Waage. Schauen wir uns das Bild mal genau an:

Was sehen wir auf dem Foto des Schwarzen Lochs? 

Genau genommen sieht man auf den Bildern von Schwarzen Löchern keine Schwarzen Löcher. Denn Schwarze Löcher zeichnen sich dadurch aus, dass sie in einem gewissen Bereich so viel Schwerkraft besitzen, dass sogar das Licht nicht mehr entkommen kann. Und wo kein Licht ist, sieht man nichts. Das eigentliche Schwarze Loch befindet sich im Zentrum des Bildes und entzieht sich unseren Blicken. Die Grenze, hinter der das Licht verschluckt wird, nennt man Ereignishorizont und die kann man auf dem Foto von Sagittarius A* wunderbar erkennen. 

Das erste Foto vom Schwarzen Loch in unserer Milchstraße: Sagittarius A*

Was wir auf dem Foto also sehen, ist die gesamte Materie, die in das Schwarze Loch gewirbelt wird, also der helle Bereich. Das ist die sogenannte Akkretionsscheibe, eine Ansammlung aus Gas, Staub, Licht, vielleicht auch Planeten und Sternen, die von der Schwerkraft des Schwarzen Loches erfasst wurden und noch nicht den Ereignishorizont überquert haben. Durch den Kontrast zwischen den Bereichen innerhalb und außerhalb des Ereignishorizonts konnte man Sagittarius A* überhaupt sichtbar machen. 

Im engsten Sinne des Wortes ist das kein Foto von Sagittarius A*. Vielmehr ist es eine Darstellung, die aus jeder Menge Daten von Radioteleskopen zusammengesetzt wurde. Das führt uns zu der Frage: 

Wie macht man ein Bild von einem Schwarzen Loch? 

Ein Foto von einem Schwarzen Loch macht man durch die sogenannte Langbasisinterferometrie. Das bedeutet, dass man mehrere Radioteleskope, die sich an unterschiedlichen Standorten auf der Erde befindet, miteinander zusammenschließt. So erhält man ein Riesenradioteleskop, eine virtuelle, riesige Antennenschlüssel. Die Interferometrie ist eine geniale Methode, die es erlaubt, durch den Zusammenschluss mehrerer Teleskope ein Riesenteleskop zu erschaffen. 

Der Zusammenschluss der vielen Teleskope des Event Horizon Telescope

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Durch diese Technik ist es den Forschern des Event Horizon Telescope gelungen, Sagittarius A*zu fotografieren – etwas, das man lange für unmöglich hielt. Denn wie schon erwähnt, ist Sagittarius A* von dichten Nebeln verdeckt und unfassbar weit weg. Außerdem ist es für ein supermassives Schwarzes Loch auch gar nicht so schwer. Sein Ereignishorizont ist von uns aus gesehen nur so groß wie ein Tennisball auf dem Mond. Unvorstellbar, dass diese Aufnahme nun gelungen ist. Geoffrey Bower vom Institut für Astronomie und Astrophysik in Taipeh sagt: “Wir waren verblüfft, wie gut die Größe des Rings mit den Vorhersagen von Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie übereinstimmte. Diese beispiellosen Beobachtungen haben unser Verständnis dessen, was im Zentrum unserer Galaxie geschieht, erheblich verbessert.”

Vergleich von den Schwarzen Löchern in den Galaxien M87 und Milchstraße

Jetzt, wo man zwei Bilder von Schwarzen Löchern hat, kann man diese natürlich wunderbar vergleichen und dadurch mehr über diese Extremsituation von Raum und Zeit erfahren, die sich in der Nähe Schwarzer Löcher abspielt. Auffallend ist, wie ähnlich sich Sagittarius A* und das M87-Schwarze-Loch sind, obwohl M87 über sechs Milliarden mal so schwer wie die Sonne ist, Sagittarius A* nur 4,3 Millionen mal. Der Unterschied liegt in der Ausdehnung des Ereignishorizonts, die man auf den Bildern nicht wirklich erahnen kann. Sera Markoff von der Universität Amsterdam beschreibt es so: “Das sagt uns, dass die Allgemeine Relativitätstheorie im Nahbereich für diese Objekte dominiert. Erst in größerer Entfernung von Ereignishorizonten kommen Unterschiede in Menge und Art des umgebenden Materials zum Tragen.”

Erfahrt im neuen Video alles über das erste Foto des Schwarzen Lochs in unserer Milchstraße

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Schwarzes Loch der Superlative: TON 618

von By

Alle Schwarzen Löcher beeindrucken durch extreme physikalische Eigenschaften. Doch ein Gigant übertrifft sie alle: TON 618, das schwerste bekannte Schwarze Loch.

Schwerkraft ist ein selbstverständlicher Teil unseres Lebens. Ohne die gewohnte Anziehungskraft unserer Erde wäre unsere Existenz nicht möglich und schon, wenn die Gravitation des Planeten sich minimal verändern würde, hätte dies gravierende Auswirkungen.
Im kosmischen Vergleich ist die Schwerkaft der Erde aber nahezu lachhaft. Schon die Masse der Sonne ist ungefähr 333.000 mal größer als die unseres Heimatplaneten – nur durch dieses ungeheure Gewicht und die daraus resultierende Schwerkraft ist sie in der Lage, das ganze Sonnensystem von ihrer zentralen Position heraus in Bann zu halten.

Durch ihre Schwerkraft hält die Sonne die Himmelskörper des Sonnensystems in festen Bahnen

Die Schwerkraft ist also eines der bestimmenden Prinzipien unseres Kosmos. Als unangefochtene Schwergewichte der Gravitation gelten vielen Menschen Schwarze Löcher. Dabei ist es gar nicht wahr, dass Schwarze Löcher zwingend sehr schwer sein müssen. Entscheidend ist nur, dass ihre Masse genügend verdichtet ist, um einen sogenannten Ereignishorizont zu formen – die Grenze, hinter der die Gravitation so stark wird, dass selbst das Licht sich ihr nicht mehr entziehen kann. So könnte beispielsweise auch unsere Erde zu einem Schwarzen Loch werden, wenn wir sie auf eine Größte von 8,7 Millimetern komprimieren würden.

Selbst unsere Erde könnte zu einem Schwarzen Loch werden, wenn man sie genügend komprimieren würde…

Solche leichten Schwarzen Löcher – man nennt sie auch primordiale Schwarze Löcher – sind aber die absolute Ausnahme, einige Forscher halten ihre Existenz sogar für fragwürdig. Der absolute Großteil der Schwarzen Löcher besitzt viel mehr eine gigantische Masse. Und ein Exemplar übertrifft sie alle: TON 618.

Entdeckt wurde TON 618 schon im Jahre 1957, als man auf der Suche nach weißen Zwergsternen war. Man ahnte damals noch nicht, dass es sich bei dem neu entdeckten Objekt um ein gigantisches Schwarze Loch handelt und ordnete es daher einfach als weiteres Objekt in den Katalog der mexikanischen Sternwarte Tonantzintla, in der es entdeckt wurde, ein – daher der Name TON 618.

Das Tonantzintla Observatorium in Mexiko

Je besser die Teleskope wurden, desto mehr Erkenntnisse sammelt man über TON 618. Heute weiß man: Das Ungetüm bringt sage und schreibe 66 Milliarden Sonnenmassen auf die kosmische Waage. Zum Vergleich: Das supermassive Schwarze Loch Sagittarius A*, das sich in der Mitte unserer Galaxis befindet, wiegt gerade mal 4,1 Millionen mal so viel wie die Sonne. Das bedeutet, dass TON 618 fast 16.000 mal schwerer ist als das Schwarze Loch in der Mitte der Milchstraße.

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Da überrascht es nicht, dass TON 618 mit seiner Gravitation einen immensen Einflussbereich besitzt. Würde ein Mensch sich dem kosmischen Ungetüm nähern, würde er schon in einer Entfernung von 1.300 Astronomischen Einheiten den Ereignishorizont überqueren, hinter dem Licht nicht mehr nach außen dringen kann. Eine Astronomische Einheit bezeichnet den mittleren Abstand zwischen der Erde und der Sonne, also 149.597.870 Kilometer.

TON 618 ist ein sogenannter Quasar. Das bedeutet, dass sich außerhalb seines Ereignishorizontes so viel Materie in einer Akkretionsscheibe sammelt und aneinander reibt, dass immense Energie erzeugt wird, die dann wiederum in den Weltraum geschossen wird. Diese Energieausbrüche ermöglichen es uns, Schwarze Löcher überhaupt zu beobachten.

TON 618 schießt immense Energiewellen in den Kosmos

Die Energie, die TON 618 aussendet, ist so extrem, dass sie die gesamte Galaxie, in dessen Zentrum sich das Schwarze Loch befindet, überstrahlt. Für irdische Astronomen ist also nur TON 618, nicht aber seine Galaxie auszumachen. Das Licht des Quasars, das wir auf der Erde empfangen, war übrigens ganze 10,4 Milliarden Jahre auf dem Weg zu uns – wir sehen das Objekt also auch so, wie es vor Milliarden Jahren aussah. Ob TON 618 überhaupt noch existiert, lässt sich daher nicht mit Gewissheit sagen. Da Schwarze Löcher aber unfassbar langlebig sind, spricht einiges dafür, dass TON 618 nach wie vor seine gravitativen Umtriebe auslebt.

Noch mehr über dieses gigantische Schwarze Löcher erfahrt Ihr in diesem Video:

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Kosmische Barriere vorm Schwarzen Loch

von By

Wissenschaftler haben eine gigantische Barriere zwischen uns und dem Zentrum der Milchstraße entdeckt – was diese Absperrung ist und warum sie Leben retten kann, erfahrt ihr in diesem Beitrag. 

Eine kosmische Barriere im galaktischen Zentrum hat sich aufgetan und Ähnlichkeiten zur Handlung von “Star Trek Fünf : Am Rande des Universums” sind rein zufällig. Aber bevor wir uns dieser galaktischen Absperrung widmen und prüfen, was das eigentlich sein soll, schauen wir uns die örtlichen Begebenheiten in unserer Galaxis an.

Weit draußen in unserer Galaxis

Wir sind in unserer eigenen Galaxis, der Milchstraße, eine wortwörtliche Randerscheinung. Unser Sonnensystem ist siebenundzwanzigtausend Lichtjahre vom galaktischen Zentrum entfernt und liegt in einem der äußeren Spiralarme der Galaxis. Im Mittelpunkt des galaktischen Zentrums befindet sich ein supermassives Schwarzes Loch mit dem schönen Namen Sagittarius A*. Und nein, es handelt sich dabei nicht um ein Gendersternchen. Dieses Schwergewicht bringt mehr als vier Millionen Sonnenmassen auf die Waage und hält durch seine Schwerkraft unsere Galaxis in ihrer Form. Auch wir werden von der Gravitation von Sagittarius A* erfasst. Gerade in diesem Moment rotiert unser Sonnensystem mit einer Geschwindigkeit von zweihundertvierzig Kilometern pro Sekunde um das Schwarze Loch.  

Helle Bereiche in Richtung Zentrum

Der Rest des galaktischen Zentrums weist eine sehr hohe Sternendichte auf, viel höher als in den Außenbereichen der Milchstraße. Deswegen sieht das Zentrum unserer Galaxis auf Darstellungen auch immer besonders hell aus. Solche Darstellungen sind aber natürlich nicht echt, denn dafür müsste jemand aus der Galaxis rausgeflogen sein, um ein Foto zu schießen. Diese Distanz ist aber weder für Menschen noch für Roboter derzeit in einer realistischen Zeit zu schaffen. 

Der Blick ins galaktische Zentrum vom Sonnensystem aus

Wir sitzen in unserem Spiralarm der Milchstraße und versuchen zu verstehen, wie die Galaxis genau aufgebaut ist. Und das ist gar nicht so einfach – stellt euch mal vor, ihr würdet versuchen den Aufbau eures Hauses herauszufinden, könnt aber die Ecke des Wohnzimmers nicht verlassen. Die Erforschung der Milchstraße ist also ein ziemlich kompliziertes Unterfangen. 

Nur wenig kosmische Strahlung aus dem Zentrum 

Umso erstaunter waren die Astronomen, als sie gemessen haben, dass aus dem Zentrum der Milchstraße unerwartet wenig kosmische Strahlung zu uns dringt. Kosmische Strahlung ist eine hochenergetische Teilchenstrahlung, die unter anderem von Sternen und Supernovae produziert wird. Da im Zentrum der Milchstraße die Sternendichte sehr hoch ist, würde man erwarten, dass von dort sehr viel kosmische Strahlung zu uns dringt – aber das Gegenteil ist der Fall. Es muss also irgendwas zwischen uns und dem galaktischen Zentrum geben, das die Strahlung abschirmt. 

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Herausgefunden haben das Wissenschaftler der chinesischen Akademie der Wissenschaften. Der beteiligte Forscher Xiaoyuan Huang sagt dazu: “Wenn es keine Barriere gibt, sollte die Komponente des kosmischen Strahlungsmeeres auch in der zentralen Region vorhanden sein. Die Daten zeigen jedoch, dass genau das Gegenteil der Fall ist und eine Barriere vorhanden sein muss.”

Fermi-Teleskop zeigt Barriere

Aber wie haben die Forscher das überhaupt gemessen? Sie nutzten Daten des Fermi Gamma-ray Space Telescope, ein Weltraumteleskop, das den Himmel im Gammabereich durchmustert. Gammastrahlung ist eine besonders durchdringende elektromagnetische Strahlung und die Beobachtung des Universums im Gammabereich ermöglicht es uns daher, besonders energetische Ereignisse wie Explosionen und Kollisionen von Sternen zu untersuchen. 

Die chinesischen Forscher haben die Daten des Fermi Teleskops der letzten 13 Jahre analysiert und haben auch eine Theorie, worum es sich bei der mysteriösen kosmischen Barriere handeln könnte. Die Antwort: Dort liegt der Planet Sha-Ka-Ree, auf dem Gott wohnt. Ok, genug Star Trek Anspielungen für heute. Die wahre Ursache könnte das supermassive Schwarze Loch Sagittarius A* sein. Die Forscher glauben, dass Sagittarius A* ein massives Magnetfeld um sich herum ausgebildet hat, das mit der kosmischen Strahlung wechselwirkt und diese wegdrückt. Diese Magnet-Barriere hat wohl eine Ausdehnung von sechshundertzwanzig Lichtjahren um das Schwarze Loch herum. 

Vergleich mit der Heliosphäre?

Mich erinnert das so ein wenig an eine ganz ähnliche Barriere innerhalb unseres Sonnensystems: Die sogenannte Heliosphäre der Sonne. Die Heliosphäre ist der Bereich, in dem der Sonnenwind, die Teilchenstrahlung der Sonne, so stark ist, dass er die kosmische Strahlung, die im Rest der Milchstraße vorherrscht, größtenteils verdrängt. Wir leben also in einer geschützten Blase, die unsere Sonne für uns bereitstellt und ohne die sich vermutlich kein Leben auf der Erde hätten entwickeln können. Danke, Sonne. 

Darstellung der Heliosphäre

Das Ende der Heliosphäre bezeichnet man als Heliopause. Die hat vor einiger Zeit die Sonde Voyager 2 durchquert, woraufhin viele Medien fälschlicherweise titelten, dass Voyager 2 nun das Sonnensystem verlassen hätte. Ich behaupte, dass das Sonnensystem nicht hinter der Heliopause endet – dort ist eben nur der Sonnenwind nicht mehr stark genug, um das interstellare Medium zu verdrängen. Die Schwerkraft der Sonne ist dort aber noch für eine laaaange Distanz weiter vorherrschend. 

Aber zurück zum eigentlichen Thema: Der Sonnenwind erzeugt ebenfalls ein Magnetfeld, so dass die Heliosphäre im Prinzip genau das gleiche Phänomen darstellt, wie die Magnetosphäre um Sagittarius A* – nur dass letzteres natürlich viel gigantischere Ausmaße annimmt, da um das Schwarze Loch herum viel unglaublichere Kräfte wirken als in unserem Sonnensystem. 

Erkenntnisse relevant für mögliche Strahlenauswirkungen

Vielleicht fragt Ihr euch jetzt, weshalb es überhaupt wichtig ist, mehr über die Strahlung in der Milchstraße herauszufinden: Der Grund ist, dass die Strahlung eines der größten Probleme für unser weiteres Vordringen in den Kosmos ist. Auf der Erde werden wir einerseits durch die Heliosphäre und vor allem durch die Erdatmosphäre vor der kosmischen Strahlung geschützt. 

Wenn hoffentlich bald Menschen auf dem Mars leben, wird es absolut essentiell sein, genauestens zu verstehen, welche Auswirkungen die dort erhöhte Strahlung auf unsere Körper hat. Denn so weit wir wissen, kann eine erhöhte Dosis kosmischer Strahlung allerlei Krankheiten hervorrufen und sogar DNA-schädigend sein. Solche Erkenntnisse wie jetzt über die kosmische Barriere im Zentrum der Galaxis können uns also zu einem besseren Verständnis der Gefahren der kosmischen Strahlung verhelfen.

Mehr dazu erfahrt Ihr im folgenden Video:

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