Schwarzes Loch – Seite 3 – Weltraumbild des Tages

2. Februar 20223. Februar 2022

MeerKAT: Das galaktische Zentrum im Radiobereich

Bildcredit: Ian Heywood (Oxford U.), SARAO; Farbbearbeitung: Juan Carlos Munoz-Mateos (ESO)

Beschreibung: Was passiert im Zentrum unserer Galaxis? Das ist mit optischen Teleskopen schwer zu erkennen, da sichtbares Licht vom interstellaren Staub verdeckt wird. Doch in anderen Bandbreiten des Lichts wie Radio kann das galaktische Zentrum abgebildet werden und erweist sich als ziemlich interessanter, aktiver Ort.

Oben seht ihr das aktuellste Bild vom Zentrum unserer Milchstraße, aufgenommen mit dem MeerKAT-Array aus 64 Radioantennen in Südafrika. Es ist viermal so breit wie die Winkelgröße des Mondes (2 Grad), also beeindruckend groß und detailreich. Viele bekannte Quellen sind deutlich abgebildet, darunter etliche mit dem Kürzel Sgr, da das galaktische Zentrum in Richtung des Sternbildes Schütze (Sagittarius) liegt. In der Bildmitte seht ihr Sgr A* mit dem sehr massereichen Schwarzen Loch im Zentrum der Milchstraße. Andere hier gezeigte Quellen sind weniger gut erforscht, etwa der Bogen links neben Sgr A* sowie zahlreiche faserartige Strukturen.

Zu den Zielen für MeerKAT gehört die Suche nach Radioemissionen von neutralem Wasserstoff aus einem viel jüngeren Universum sowie kurze, weit entfernte Radioblitze.

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7. Dezember 20217. Dezember 2021

Neunzig Gravitationswellenspektrogramme und es werden mehr

Bildcredit: NSF, LIGO, VIRGO, KAGRA, Georgia Tech, Vanderbilt U.; Graphik: Sudarshan Ghonge und Karan Jani

Beschreibung: Jedes Mal, wenn zwei massereiche Schwarze Löcher kollidieren, senden sie ein lautes Zirpen in Form von Gravitationswellen ins Universum. Erst seit sieben Jahren besitzt die Menschheit die Technologie, um dieses ungewöhnliche Zirpen zu hören, aber wir haben seither in den ersten drei Beobachtungsläufen schon etwa 90 davon gehört.

Oben seht ihr die Spektrogramme – Diagramme der Gravitationswellenfrequenz im Zeitverlauf – dieser 90 Ereignisse, die von den riesigen Detektoren von LIGO (USA), VIRGO (Europa) und KAGRA (Japan) beobachtet wurden. Je mehr Energie einer Kollision auf der Erde ankommt, desto heller erscheint diese Kollision auf der Grafik.

Neben vielen wissenschaftlichen Erfolgen bietet dieses Zirpen von Gravitationswellen der Menschheit eine beispiellose Bestandsaufnahme von Schwarzen Löchern und Neutronensternen, aber auch eine neue Methode, um die Wachstumsgeschwindigkeit unseres Universums zu messen.

Für Anfang Dezember 2022 ist ein vierter Gravitationswellen-Beobachtungsdurchlauf mit erhöhter Genauigkeit geplant.

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3. Oktober 20211. Januar 2024

Das holografische Prinzip und eine Teekanne

Dreidimensionale Teekanne in einem zweidimensionalen Bild.

Bildcredit: Caltech

Beschreibung: Sicherlich seht ihr das zweidimensionale bunte Rechteck, aber seht ihr auch tiefer hinein? Wenn ihr die Farbflecke auf diesem Bild zählt, schätzt ihr vielleicht, dass dieses digitale 2D-Bild höchstens 60 (waagrecht) x 50 (senkrecht) x 256 (mögliche Farben) = 768.000 Bit an Information enthalten kann.

Das noch unbewiesene holografische Prinzip besagt jedoch, dass – anders als erwartet – ein 2D-Bild alle Information des 3D-Raums enthalten könnte, den es umschließen kann. Das Prinzip leitet sich von der Idee ab, dass die Planck-Länge – das ist jene Länge, bei der die Quantenmechanik beginnt, die klassische Gravitation zu dominieren – die eine Seite eines Bereichs ist, der nur etwa ein Bit an Information enthalten kann.

Die Grenze wurde erstmals 1933 von dem Physiker Gerard ‚t Hooft postuliert. Sie ergibt sich aus der Verallgemeinerung scheinbar weit entfernter Vermutungen, wonach die Information, die in einem Schwarzen Loch enthalten ist, nicht vom eingeschlossenen Volumen bestimmt wird, sondern vom Oberflächenbereich seines Ereignishorizonts. Der Begriff „holografisch“ stammt aus der Analogie zu einem Hologramm, bei dem dreidimensionale Bilder durch Projektion von Licht auf einem flachen Bildschirm erzeugt werden.

Aufgepasst! Manche Leute, die auf dieses Bild starren, denken eher nicht, dass es nur 768.000 Bit codiert – und auch nicht die möglichen 256³⁰⁰⁰ Bit-Permutationen – sondern sie meinen, es zeige eine dreidimensionale Teekanne.

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1. September 20211. September 2021

Tanzende Geister: Gekrümmte Strahlen aktiver Galaxien

Bildcredit: Jayanne English und Ray Norris, EMU-ASKAP, DES; Text: Jayanne English (U. Manitoba)

Beschreibung: Warum senden Galaxien Strahlen aus, die wie Geister aussehen? Und warum tanzen sie scheinbar? Die gekrümmten, verschwommenen Ströme aus den sehr massereichen Schwarzen Löchern in den Zentren ihrer Galaxien oben in der Mitte und links unten sind mit nichts Bekanntem vergleichbar. Forschende entdeckten sie mithilfe des Radioteleskops Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP) beim Erstellen von Karten, welche die Entwicklung von Galaxien aufzeigen.

Auf früheren Bildern dieser Entwicklungslandkarte des Universums waren nur verwaschene Kleckse zu sehen. Schließlich zeigte ein Vergleich der relativen Menge an abgestrahlter Energie, dass die leuchtenden länglichen Strukturen von Elektronen erzeugt werden, die um Magnetfeldlinien strömen.

Eine Überlagerung der Radiodaten mit einer visuellen Himmelsansicht (der Dark Energy Survey) bestätigte, dass die Elektronenströme aus den Zentren aktiver Galaxien stammten. Meist erzeugen solche Aktiven Galaxienkerne (AGN) gerade Strahlen. Eine führende Hypothese für den geometrischen Ursprung dieser ungewöhnlichen Formen basiert auf dem Strom großräumiger intergalaktischer Winde.

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4. August 20214. August 2021

EHT löst den zentralen Jet des Schwarzen Lochs in Cen A auf

Bildcredit: Universität Radboud; CSIRO/ATNF/I.Feain et al., R.Morganti et al., N.Junkes et al.; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; TANAMI/C. Mueller et al.; EHT/M. Janssen et al.

Beschreibung: Wie schaffen sehr massereiche Schwarze Löcher mächtige Strahlen? Um das herauszufinden, bildete das Event Horizon Telescope (EHT) das Zentrum der nahen aktiven Galaxie Centaurus A ab. Die Kaskade der eingefügten Bilder zeigt Cen A in einem großen Bildausschnitt, der mehr vom Himmel zeigt als viele Monde bis hin zum kleinsten, der einen Himmelsausschnitt von der Größe eines Golfballs auf dem Mond zeigt.

Das neue Bild zeigt etwas, das wie zwei Strahlen aussieht – aber eigentlich sind es zwei Seiten eines einzigen Strahls. Diese neu entdeckte Aufhellung des Strahlenrandes ist keine Lösung für das Rätsel der Entstehung der Strahlen, legt jedoch nahe, dass der Teilchenfluss durch einen starken Druck begrenzt wird – vielleicht durch ein Magnetfeld.

Das EHT ist eine Kooperation von Radioteleskopen auf der ganzen Welt – beteiligt sind unter anderem das Caltech-Submillimeter-Observatorium auf Hawaii in den USA, ALMA in Chile, NOEMA in Frankreich und weitere. Das EHT beobachtet weiterhin massereiche Schwarze Löcher in der Nähe sowie ihre energiereiche Umgebung.

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14. Juli 202117. März 2022

GW200115: Simulation der Verschmelzung eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern

Videocredit: Simulation: S.V. Chaurasia (Stockholm U.), T. Dietrich (Potsdam U. & MPIGP); Visualisierung: T. Dietrich (Potsdam U. und MPIGP), N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer (MPIGP)

Beschreibung: Was passiert, wenn ein Schwarzes Loch einen Neutronenstern vernichtet? Analysen lassen den Schluss zu, dass so ein Geschehen das Gravitationswellenereignis GW200115 verursachte, das im Januar 2020 von den Observatorien LIGO und Virgo beobachtet wurde.

Um das ungewöhnliche Ereignis besser zu verstehen, wurde diese Visualisierung aus einer Computersimulation erstellt. Zu Beginn des Visualisierungsvideos kreisen das Schwarze Loch (etwa 6 Sonnenmassen) und der Neutronenstern (etwa 1,5 Sonnenmassen) umeinander und senden dabei eine immer größer werdende Menge an Gravitationsstrahlung aus. Das malerische Muster der Gravitationswellen-Emission ist in Blau dargestellt.

Das Duo nähert sich einander immer schneller auf spiralförmigen Bahnen, bis der Neutronenstern vollständig vom Schwarzen Loch verschlungen wird. Da der Neutronenstern während der Kollision nicht auseinanderbricht, entkommt nur wenig Licht – das passt zum Fehlen eines beobachteten optischen Gegenstücks. Das übrig gebliebene Schwarze Loch schwingt kurz. Sobald das Schwingen abklingt, verebben auch die ausgesendeten Gravitationswellen.

Das 30-sekündige Zeitraffervideo ist scheinbar kurz, doch in Wirklichkeit dauert es etwa 1000-mal so lang wie das echte Verschmelzungsereignis.

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27. April 202127. April 2021

Animation: Schwarzes Loch vernichtet Stern

Video-Illustrationscredit: DESY, Science Communication Lab

Beschreibung: Was passiert, wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt? Das Schwarze Loch zerreißt ihn – aber wie? Nicht die hohe Gravitationskraft ist das Problem – es sind die Gravitationskraftdifferenzen, die über den Stern hinweg verteilt sind, die zur Zerstörung führen.

Dieses animierte Video veranschaulicht die Auflösung. Am Beginn seht ihr einen Stern, der sich einem Schwarzen Loch nähert. Die Bahngeschwindigkeit nimmt zu, bei der größten Annäherung wird die äußere Atmosphäre des Sterns weggerissen. Ein Großteil der Sternatmosphäre verflüchtigt sich in den Weltraum, aber ein Teil kreist weiterhin um das Schwarze Loch und bildet eine Akkretionsscheibe.

Die Animation zeigt dann die Akkretionsscheibe mit Blick zum Schwarzen Loch. Neben seltsamen visuellen Gravitationslinseneffekten seht ihr sogar die Rückseite der Scheibe. Zuletzt verläuft der Blick einen der Strahlen entlang, die in der Rotationsachse ausgestoßen werden. Theoretische Modelle lassen vermuten, dass diese Strahlen nicht nur energiereiches Gas ausstoßen, sondern auch energiereiche Neutrinos erzeugen – eines davon wurde vielleicht kürzlich auf der Erde beobachtet.

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16. April 2021

Die doppelt verzerrte Welt der binären Schwarzen Löcher

Credit für die Wissenschaftliche Visualisierung: NASA, Goddard Space Flight Center, Jeremy Schnittman und Brian P. Powell – Text: Francis Reddy

Beschreibung: In dieser faszinierenden Computervisualisierung bahnen sich Lichtstrahlen von Akkretionsscheiben um ein Paar einander umkreisender supermassereicher Schwarzer Löcher ihren Weg durch die gekrümmte Raumzeit, die durch extreme Gravitation entsteht.

Die simulierten Akkretionsscheiben wurden mit zwei Falschfarbschemata versehen: Rot für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 200 Millionen Sonnenmassen, und blau für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 100 Millionen Sonnenmassen. Das macht es einfacher, die Lichtquellen zu verfolgen, doch die Wahl spiegelt auch die Wirklichkeit wieder: Heißeres Gas gibt Licht ab, das näher am blauen Ende des Spektrums liegt, und Materie, die um kleinere Schwarze Löcher kreist, erfährt stärkere Gravitationseffekte, die höhere Temperaturen erzeugen. Bei den vorhandenen Massen würden die beiden Akkretionsscheiben jedoch den Großteil ihres Lichtes in Ultraviolett abstrahlen.

Im Video sind verzerrte Sekundärbilder des blauen Schwarzen Lochs zu sehen, welche die Sicht des roten Schwarzen Lochs auf seinen Partner zeigen. Sie befinden sich im verworrenen Geflecht der roten Scheibe, die durch die Gravitation des blauen Schwarzen Lochs im Vordergrund verzerrt wird.

Weil wir die rote Sicht auf das Blau und gleichzeitig blau direkt sehen, erlauben uns die Bilder eine gleichzeitige Sicht auf beide Seiten von Blau. Rotes und blaues Licht, das von beiden Schwarzen Löchern stammt, ist im innersten Lichtring zu sehen, dem sogenannten Photonenring in der Nähe ihrer Ereignishorizonte.

Astronom*innen erwarten, dass sie in nicht allzu ferner Zukunft Gravitationswellen nachweisen können, das sind Wellen in der Raumzeit, die entstehen, wenn zwei supermassereiche Schwarze Löcher in einem System wie diesem hier einander auf spiralförmigen Bahnen nähern und verschmelzen.

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