Die doppelt gekrümmte Welt binärer Schwarzer Löcher

Quelle der wissenschaftlichen Visualisierung: NASA, GSFC, Jeremy Schnittman und Brian P. Powell; Text: Francis J. Reddy

Wenn ein Schwarzes Loch seltsam aussieht, wie seltsam sind dann erst zwei? HIer kreist ein Paar supermassereicher Schwarzer Löcher umeinander. Die detaillierte Computeranimation zeigt, wie sich Lichtstrahlen aus ihren Akkretionsscheiben ihren Weg durch die gekrümmte Raumzeit bahnen, die von extremer Gravitation erzeugt wird.

Die simulierten Akkretionsscheiben sind in Falschfarben dargestellt. Rot für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 200 Millionen Sonnenmassen, Blau für die Scheibe um ein Schwarzes Loch mit 100 Millionen Sonnenmassen. Bei diesen Massen würden allerdings beide Akkretionsscheiben das meiste Licht im Ultraviolett abstrahlen.

Das Video zeigt uns jedes der Schwarzen Löcher gleichzeitig von beiden Seiten. Rotes bzw. blaues Licht von beiden Schwarzen Löchern ist im innersten Ring zu sehen. Dieser Ring wird Photonensphäre genannt. Er liegt nahe an den Ereignishorizonten.

In den vergangenen zehn Jahren entdeckte man Gravitationswellen von kollidierenden Schwarzen Löchern. Doch das Verschmelzen supermassereicher Schwarzer Löcher konnte bisher noch nicht nachgewiesen werden.

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Planeten in einer Linie über dem Wasser

Über unruhiger See ist der Nachthimmel. Der Planet Venus leuchtet hoch oben, rechts leuchtet schwach der Saturn. Mitten im Bild scheint der Halbmond. Rechts ist außerdem ein helles Schiffsfeuer zu sehen. Alle diese Objekte spiegeln sich als Linien vorne im Wasser.

Bildcredit und Bildrechte: Jose Antonio Hervas

Wodurch werden diese Linien verursacht? Himmelsobjekte werden manchmal als Linien am Wasser reflektiert. Aber warum ist das so? Wenn die Wasseroberfläche glatt ist, werden Objekte als ähnliches Abbild, nämlich als Fleck reflektiert. Doch bei unruhigem Wasser gibt es viele Stellen, wo das Licht des Objekts reflektiert wird und trotzdem noch das Auge des Betrachters erreicht. Dadurch wird typischerweise eine Linie gebildet. Den gleichen Effekt kann man häufig bei der Sonne kurz vor dem Untergang und knapp nach dem Aufgang sehen.

Das Bild des aufgehenden Mondes, der Venus (oben) und des Saturn (schwach, rechts) wurde vor etwa 10 Tagen in Ibiza, Spanien, aufgenommen. Die Himmelsobjekte sind direkt und als reflektierte Linien auf dem Mittelmeer zu sehen. Das andere helle Objekt rechts ist ein Leuchtturm auf einem Felsen, der vorbeifahrende Schiffe warnt.

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Aufwirbeln eines sehr massereichen Schwarzen Lochs

Eine Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch wirbelt schräg im Bild. Nach links oben steigt ein wirbelnder blauer, transparenter Strahl auf. Mitten in der Akkretionsscheibe ist eine schwarze Kugel.

Illustrationscredit: Robert Hurt, NASA/JPL-Caltech

Wie schnell kann ein Schwarzes Loch rotieren? Wenn ein Objekt aus normaler Materie zu schnell rotiert, zerbricht es. Doch ein Schwarzes Loch kann vielleicht gar nicht brechen. Und seine maximale Rotationsgeschwindigkeit ist tatsächlich unbekannt. Für gewöhnlich werden schnell rotierende Schwarze Löcher mit der Kerr-Lösung zu Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie modelliert. Das führt zu mehreren erstaunlichen, ungewöhnlichen Vorhersagen.

Eine Prognose sollte man relativ einfach überprüfen können: Man beobachtet dazu aus großer Entfernung, wie Materie in ein Schwarzes Loch fällt, das mit maximaler Geschwindigkeit rotiert. Die Materie sollte man zuletzt sehen, wenn sie fast mit Lichtgeschwindigkeit um das Schwarze Loch kreist.

Diese Vorhersage wurde mit den Satelliten NuSTAR der NASA und XMM der ESA geprüft. Sie beobachteten das sehr massereiche Schwarze Loch im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 1365. Die Grenze nahe der Lichtgeschwindigkeit wurde bestätigt. Dazu wurden die Aufheizung und die Spektrallinien-Verbreiterung von Kernemissionen am inneren Rand der Akkretionsscheibe gemessen.

Die künstlerische Illustration zeigt eine Akkretionsscheibe aus normaler Materie. Sie wirbelt um ein Schwarzes Loch. Oben strömt ein Strahl aus. Materie, die zufällig in ein Schwarzes Loch fällt, sollte dieses nicht so stark beschleunigen. Daher bestätigen die Messungen von NuSTAR und XMM auch die Existenz der umgebenden Akkretionsscheibe.

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Titan: Mond über Saturn

Der Saturnmond Titan füllt dunkel fast das ganze Bild. Dahinter verlaufen Saturns Ringe. Auf Titans Oberfläche erkennt man Wolken und dunkle Gebiete.

Bildcredit und Bildrechte: NASA, JPL-Caltech, Institut für Weltraumwissenschaft

Saturns größter Mond Titan läuft wie der Erdmond in einer gebundenen Rotation um seinen Planeten. Dieses Mosaik entstand aus Aufnahmen der Raumsonde Cassini vom Mai 2012. Es zeigt die Seite des Mondes, die stets von dem Gasriesen mit den berühmten Ringen abgewandt ist.

Titan ist der einzige Mond im Sonnensystem, der eine dichte Atmosphäre hat. Er ist auch der einzige bekannte Himmelskörper außer der Erde, auf dem stabile Flüssigkeitskörper auf der Oberfläche existieren. Es gibt einen Kreislauf aus flüssigem Regen und Verdunstung, ähnlich wie auf der Erde. Cassinis Aufnahme zeigt deutlich die hoch gelegene Dunstschicht von Titans Atmosphäre. Der Mond hat einen Durchmesser von 5000 Kilometern. Er ist über Saturns Ringen und Wolkenoberflächen zu sehen.

Mitten im Bild liegt das dunkle Gebiet namens Shangri-La. Es ist von Dünen durchzogen. Cassini führte die Sonde Huygens mit sich, diese ruht links unter der Bildmitte. Huygens schaffte die bislang fernste Landung eines Raumfahrzeugs von der Erde.

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Der junge Sternhaufen NGC 346

Das Bild des Weltraumteleskops Webb zeigt einen Sternhaufen aus massereichen Sternen in der Kleinen Magellanschen Wolke. Im Bild sind auch viele lose Sterne und Emissionsnebel verteilt.

ForschungNASA, ESA, CSA, Olivia C. Jones (UK ATC), Guido De Marchi (ESTEC), Margaret Meixner (USRA); Bearbeitung – Alyssa Pagan (STScI), Nolan Habel (USRA), Laura Lenkić (USRA), Laurie E. U. Chu (NASA Ames)

Der massereichste junge Sternhaufen in der Kleinen Magellanschen Wolke ist NGC 346. Er ist rund 210.000 Lichtjahre entfernt und in das größte Sternbildungsgebiet unserer kleinen Begleitgalaxie eingebettet.

Die massereichen Sterne von NGC 346 sind zwar kurzlebig, aber äußerst energiereich. Ihre Winde und Strahlung formen die Ränder der staubigen Molekülwolke und lösen dort weitere Sternbildung aus. Das Sternentstehungsgebiet enthält anscheinend zudem eine große Zahl junger Sterne. Diese sind gerade einmal 3 bis 5 Millionen Jahre alt. Sie haben noch nicht damit begonnen, Wasserstoff in ihren Kernen zu fusionieren. Diese jungen Sterne liegen über den eingebetteten Sternhaufen verstreut.

Die spektakuläre Infrarotaufnahme von NGC 346 stammt von der NIRCam am James-Webb-Weltraumteleskop. Die Emissionen in der Sternbildungsregion leuchten rosa und orangefarben. Sie stammen von atomarem Wasserstoff, der durch die energiereiche Strahlung der massereichen Sterne ionisiert wurde, sowie von molekularem Wasserstoff und Staub. Webbs gestochen scharfes Bild des jungen Sternentstehungsgebiets ist in der Entfernung der Kleinen Magellanschen Wolke 240 Lichtjahre breit.

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MESSENGERs letzter Tag auf Merkur

Wir blicken schräg auf einen rechteckigen Ausschnitt der Merkur-Oberfläche. Sie ist rot und blau farbcodiert und zeigt einige Krater. Rote Teile im Bild sind höher als blaue.

Bildcredit: NASA, Johns Hopkins Univ. APL, Staatliche Universität Arizona, CIW

MESSENGER war die erste Raumsonde, die um den innersten Planeten Merkur kreiste. Sie wurde am 30. April 2015 in der oben gezeigten Region auf Merkurs Oberfläche abgesetzt. Die Projektion entstand aus MESSENGER-Bildern und Laser-Höhenmessungen. Der Blick reicht nach Norden über den nordöstlichen Rand des breiten Shakespeare-Beckens, das mit Lava gefüllt ist.

In der linken oberen Ecke liegt der große, 48 km breite Krater Janacek. Die Höhe der Landschaft ist farbcodiert. Rote Bereiche liegen etwa 3 km über den blauen. MESSENGERs letzter Umlauf sollte etwa in der Mitte enden. Dabei sollte die Raumsonde mit fast 4 km/s auf der Oberfläche einschlagen und dabei einen neuen, etwa 16 m großen Krater erzeugen.

Der Einschlag fand auf Merkurs Rückseite statt und wurde nicht mit Teleskopen beobachtet. Er wurde aber indirekt bestätigt. Denn als die Raumsonde hinter dem Planeten auftauchen sollte, wurde kein Signal mehr gemessen. Die Raumsonde MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemisty and Ranging startete 2004. Sie erreichte 2011 den innersten Planeten im Sonnensystem und machte mehr als 4000 Umläufe.

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Fröhlicher Himmel über dem mexikanischen Bufa-Hügel

Am Dämmerungshimmel stehen eine Mondsichel und zwei Planeten über einem felsigen, hohen Hügel.

Bildcredit und Bildrechte: Daniel Korona

Manchmal scheint sogar der Himmel zu lächeln. Vor einigen Tagen war in weiten Teilen der Welt eine ungewöhnliche Konstellation zu sehen. Mit den Planeten Venus und Saturn ergab unser Mond einen ikonischen Gesichtsausdruck. Die Mondsichel sah zusammen mit den scheinbar nahe beieinander stehenden Planeten wie ein fröhliches Gesicht am Nachthimmel aus.

Das Bild zeigt diese Szene über Zacatecas in Mexiko. Im Vordergrund befindet sich der markante Bufa-Hügel. Ganz rechts und am weitesten entfernt seht ihr den Planeten Saturn. Deutlich näher und links über Saturn seht ihr die Venus, den hellsten Planeten am Himmel. Direkt über dem Horizont befindet sich unser Mond als abnehmende Sichel. Für dieses gigantische Motiv muss die Mondphase in die richtige Richtung lächeln.

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Saturns Ringe verschwinden scheinbar

Das Kompositbild zeigt den Planeten Saturn einmal pro Jahr in den Jahren 2020-2025. Oben (2020) sind die Ringe weit geöffnet, unten (2025) verschwinden sie.

Bildcredit und Bildrechte: Natan Fontes

Wo sind Saturns Ohren? Galileo Galilei gilt als der erste Mensch, der 1610 die Saturnringe sah. Bei der Erprobung des von Lipperhey miterfundenen Teleskops wusste Galilei nicht, worum es sich handelte, und nannte sie daher „Ohren„.

Das Rätsel vertiefte sich 1612, als die Ohren Saturns auf mysteriöse Weise verschwanden. Heute wissen wir genau, was passiert ist: Aus der Perspektive der Erde waren die Saturnringe zu dünn geworden, um sie zu sehen. Das gleiche Drama spielt sich alle 15 Jahre ab, denn der Saturn unterliegt wie die Erde den kippbedingten Jahreszeiten. Das bedeutet, dass der Saturn auf seinem Weg um die Sonne seinen Äquator und seine Ringe deutlich zur Sonne und zum inneren Sonnensystem neigen kann, sodass sie gut sichtbar sind. An anderen Stellen seiner Bahn sind sie fast überhaupt nicht zu sehen.

Dieses Bild aus Brasilia, Brasilien, zeigt eine moderne Version dieser Abfolge: Das obere Bild mit den Ringen wurde im Jahr 2020 aufgenommen, das untere Bild mit den Ringen wurde erst im Jahr 2025 fotografiert.

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