Schlagwort: Schwarzes Loch

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Arp 299: Schwarze Löcher in kollidierenden Galaxien

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Bildcredit: NASA, JPL-Caltech, GSFC, Hubble, NuSTAR

Beschreibung: Spuckt nur ein schwarzes Loch energiereiche Strahlung – oder zwei? Um das herauszufinden, richteten Astronomen das NASA-Teleskop NuSTAR im Erdorbit auf die rätselhaften kollidierenden Galaxien Arp 299, welche die Strahlung ausstoßen. Die beiden Galaxien von Arp 299 sind für Millionen Jahre in einem Gravitationskampf gefangen, während ihre zentralen Schwarzen Löcher bald selbst kämpfen werden.

Dieses hoch aufgelöste Bild in sichtbarem Licht wurde von Hubble fotografiert. Das darübergelegte diffuse Röntgenleuchten wurde von NuSTAR abgebildet und ist in Falschfarbenrot, -grün und -blau dargestellt. Die NuSTAR-Beobachtungen zeigen bei nur einem der zentralen Schwarzen Löcher, wie es sich durch eine Region aus Gas und Staub kämpft und dabei Materie absorbiert und Röntgenlicht abstrahlt. Die energiereiche Strahlung stammt nur vom rechten Galaxienzentrum und entsteht sicherlich in der Nähe – jedoch außerhalb – des Ereignishorizonts des zentralen Schwarzen Loches. In Milliarden Jahren bleibt nur eine Galaxienkomponente übrig und nur ein zentrales massereiches Schwarzes Loch. Bald danach stürzt sich jedoch eine andere Galaxie ins Getümmel.

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NGC 6814: Hubble zeigt eine prächtige Spiralgalaxie

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Bildcredit: ESA/Hubble und NASA; Danksagung: Judy Schmidt (Geckzilla)

Mitten in diesem ruhigen Sternenwirbel befindet sich wahrscheinlich ein furchterregendes Schwarzes Loch. Im Strudel, der es umgibt, sausen Milliarden Sterne. Die hellsten und bläulichsten stechen heraus. Wegen der Größe und Schönheit dieser Schau bezeichnet man den Wirbel als Grand-Design-Spiralgalaxie.

Die Bestie im Zentrum ist den Hinweisen nach ein sehr massereiches Schwarzes Loch. Es hat ungefähr 10 Millionen Sonnenmassen. Das grausame Geschöpf verschlingt Sterne und Gas. Es ist von einem rotierenden Ring aus heißem Plasma umgeben, das Röntgenlicht abstrahlt. Wegen der gewaltsamen Aktivität im Zentrum bezeichnet man die Galaxie als Seyfertgalaxie.

Die Schöne und das Biest sind als NGC 6814 katalogisiert. Sie traten die letzten Milliarden Jahre gemeinsam im Sternbild Adler (Aquila) auf.

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GW151226 – zweite bestätigte Quelle von Gravitationswellen

Illustrationscredit: LIGO, NSF

Ein neuer Himmel wird sichtbar. Wenn ihr hinauf blickt, seht ihr Licht am Himmel. Licht ist elektromagnetische Strahlung. Doch seit letztem Jahr können wir Menschen den einst vertrauten Himmel in einer anderen Art von Strahlung sehen. Es ist die Strahlung von Gravitationswellen.

Heute veröffentlichte die LIGO-Arbeitsgruppe die Entdeckung von GW151226. Es ist nach GW150914 der zweite bestätigte Blitz von Gravitationswellen. GW150914 war die historische erste Entdeckung. Sie wurde vor drei Monaten gemeldet. Der Name GW151226 deutet an, dass man das Ereignis Ende Dezember 2015 entdeckte. Der Blitz wurde von beiden LIGO-Anlagen gleichzeitig registriert. Die Detektoren stehen in den US-Bundesstaaten Washington und Louisiana.

Diese Animation zeigt, wie sich die Frequenz von GW151226 während der Messung am Observatorium in Hanford in Washington änderte. Das System, von dem die Gravitationswellen stammen, passt am besten zu zwei verschmelzenden Schwarzen Löchern. Sie haben anfangs etwa 14 und 8 Sonnenmassen. Die Rotverschiebung beträgt ungefähr 0,09. Wenn das stimmt, brauchte diese Strahlung grob geschätzt 1,4 Milliarden Jahre bis zu uns.

Die Stärke und die Frequenz der Gravitationswellen wurden als Ton dargestellt. In der letzten Sekunde, bevor die Schwarzen Löcher verschmelzen, erreicht der Klang den höchsten Ton. LIGO arbeitet weiter, seine Empfindlichkeit steigt und in den nächsten Jahren gehen weitere Messgeräte für Gravitationswellen in Betrieb. Das bietet eine neue Sicht auf den Himmel. Es wird das menschliche Verständnis vom Universum verändern.

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Hitomi startet

Am klaren Himmel startet eine Rakete. Nach unten zeigt ein hell leuchtender Feuerstrahl, der in Wolken endet.

Bildcredit und Bildrechte: F. Scott Porter (NASA, Goddard-Raumfahrtzentrum)

Am 17. Februar um 17:45 JST dröhnte diese H-IIA-Rakete in den Himmel. Sie startete am Raumfahrtzentrum Tanegashima, das von JAXA betrieben wird. Es liegt an der Südküste von Japan auf dem Planeten Erde. An Bord befand sich der astronomische Röntgensatellit ASTRO-H. Er kreist nun im Orbit.

Das Satelliten-Observatorium wurde gebaut, um den extremen Kosmos zu untersuchen. Es beobachtet Objekte von Schwarzen Löchern bis hin zu Galaxienhaufen mit viel Masse. Das Observatorium besitzt vier neuartige Teleskope für Röntgenlicht. Dazu kommen Instrumente, die Photonenenergien von 300 bis 600.000 Elektronenvolt messen können. Zum Vergleich: Die Energie von Photonen im sichtbaren Licht beträgt 2 bis 3 Elektronenvolt.

Es gibt eine Tradition, dass Satelliten nach ihrem erfolgreichen Start umbenannt werden. Daher wurde ASTRO-H „Hitomi“ genannt, nach einer uralten Legende über Drachen. Es bedeutet „Pupille im Auge“.

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Zwei Schwarze Löcher verschmelzen

Credit der Simulation: Projekt zur Simulation eXtremer Raumzeiten

Klicke auf den roten Pfeil und schau zu, wie zwei Schwarze Löcher verschmelzen. Die Videosimulation wurde vom ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen durch LIGO angeregt. Es läuft in Zeitlupe. In Echtzeit dauert es etwa eine Drittelsekunde.

Die Schwarzen Löcher tanzen auf einer kosmischen Bühne vor Sternen, Gas und Staub. Ihre enorme Gravitation bricht das Licht hinter ihnen in Einsteinringe. Dabei nähern sie sich einander auf Spiralbahnen. Am Ende verschmelzen sie zu einem einzigen Schwarzen Loch.

Bei der rasanten Verschmelzung der massereichen Objekte entstehen unsichtbare Gravitationswellen. Das führt dazu, dass sich das sichtbare Bild kräuselt. Noch nach der Verschmelzung der Schwarzen Löcher schwappen sie innen und außen über die Einsteinringe.

Die Gravitationswellen, die LiIGO aufgespürt hat, werden als GW150914 bezeichnet. Sie passen zur Verschmelzung Schwarzer Löcher mit 36 und 29 Sonnenmassen. Ihre Entfernung beträgt 1,3 Milliarden Lichtjahre. Das einzelne Schwarze Loch, das am Ende entsteht, besitzt 62 Sonnenmassen. Drei Sonnenmassen bleiben übrig. Diese drei Sonnenmassen wurden in Energie umgewandelt, die in Form von Gravitationswellen abgestrahlt wurde.

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LIGO entdeckt Gravitationswellen: Schwarze Löcher verschmelzen

Unten im Bild verlaufen zwei gezackte Fieberkurven, eine in Rot, eine in Blau. Die Kurven verlaufen fast gleich. Darüber sind Schwarze Löcher abgebildet, links noch getrennt, in der Mitte verschmelzen die beiden, rechts ist nur noch ein Schwarzes Loch.

Illustrationscredit: LIGO, NSF, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Gravitationswellen sind nun direkt bestätigt. Die erste Entdeckung gelang letzten September. Die Laser-Interferometer-Gravitationswellen-Observatorien (LIGO) in Washington und Louisiana maßen zur gleichen Zeit Gravitationswellen.

Man prüfte genau, ob die Messungen übereinstimmen. Heute wurde das Ergebnis der 5-Sigma-Entdeckung veröffentlicht. Die gemessenen Gravitationswellen zeigen ein Ergebnis, das man erwartet, wenn sich zwei große Schwarze Löcher in einer fernen Galaxie auf einer spiralförmigen Bahn nähern und verschmelzen. Das neu entstandene Schwarze Loch vibriert einen Augenblick. Dann klingt die Vibration schnell ab.

Die historische Entdeckung bestätigt ein Phänomen, das Einstein vorhergesagt hat. Sie ist ein Meilenstein beim Verständnis von Gravitation und den Grundlagen der Physik. Indirekt bestätigt die Entdeckung auch Schwarze Löcher. Die Grafik zeigt, wie die Schwarzen Löcher verschmelzen. Unten verlaufen zwei Kurven. Sie zeigen die Signalstärken der Detektoren im Lauf von 0,3 Sekunden.

In naher Zukunft werden wohl Gravitationswellen durch Advanced LIGO und andere Detektoren entdeckt. Die Entdeckungen bestätigen nicht nur die faszinierende Natur dieser Messung. Sie sind vielleicht auch eine mächtige Methode, mit der man das Universum auf neue Arten erforschen kann.

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Advanced LIGO: Bessere Detektoren für Gravitationswellen

Die Arme dieses Gravitationswellen-Observatoriums LIGO im US-Bundesstaat Washington sind je vier Kilometer lang. Sie befinden sich auf einem rostbraunen Untergrund in der Wüste.

Bildcredit: LIGO, Caltech, MIT, NSF

Wenn man Ladung beschleunigt, entsteht elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht. Doch wenn man Masse beschleunigt, entstehen Gravitationswellen. Licht war immer schon sichtbar. Doch es ist schwierig, einen direkten Nachweis von Gravitationswellen zu bestätigen. Wenn ein Detektor Gravitationswellen aufnimmt, entsteht ein winziges symmetrisches Wackeln. Es ist ähnlich, wie wenn man einen Gummiball quetscht und dann schnell wieder loslässt.

Man kann Gravitationswellen von alltäglichen Stößen unterscheiden, indem man getrennte Detektoren verwendet. Starke astronomische Quellen von Gravitationswellen rütteln gleichzeitig an den Messgeräten. Das passiert sogar dann, wenn die Detektoren auf zwei verschiedenen Seiten der Erde stehen.

Das Bild zeigt die Arme so eines Detektors. Sie sind vier Kilometer lang. Die Einrichtung im Bild ist das Laser-Interferometer Gravitationswellen-Observatorium (LIGO). Er steht im Bundesstaat Washington (USA). Die Detektoren für Gravitationswellen werden ständig verbessert. Das geschieht auch beim verwandten Interferometer in Louisiana. Die Instrumente sind heute empfindlicher als je zuvor.

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Massereiches Schwarzes Loch zerfetzt einen Stern

Rechte am Illustrationsvideo: Raumfahrtzentrum Goddard der NASA, CI Lab

Was passiert, wenn ein Stern einem Schwarzen Loch zu nahe kommt? Kürzlich beobachteten Weltraumteleskope ein Ereignis im Zentrum einer fernen Galaxie. Es wird als ASASSN-14li bezeichnet. Anscheinend erzählt es die zermürbende Geschichte eines Sterns. Zwar konnte es nicht genau beobachtet werden. Doch die Schwankungen im energiereichen Licht lassen vermuten, dass ein Teil des Sterns zerfetzt wurde. Außerdem entstand eine wirbelnde Scheibe um den dunklen Abgrund.

Die Video-Animation zeigt das mögliche Szenario. Ein Strahl läuft die Rotationsachse des Schwarzen Lochs entlang. Der weiße, innerste Teil der Scheibe leuchtet im Röntgenlicht am hellsten. Er treibt vielleicht einen periodischen, blau dargestellten Wind an.

In Röntgen- und Ultraviolettlicht wird in Zukunft beobachtet, wie Sterne von Schwarzen Löchern zerstört werden. Das passiert auch im Zentrum der Milchstraße. Diese Beobachtungen versprechen mehr Information zur komplexen Dynamik, die sich in einigen der heißesten Orte mit der stärksten Gravitation im Universum entwickelt.

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