Schlagwort: Schwarzes Loch

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Zwei Schwarze Löcher in 3C 75

Vor einem blau leuchtenden Hintergrund sind zwei helle Flecken, von denen rosarote Nebel ausströmen, die sich nach links krümmen.

Credit: Röntgen: NASA / CXC / D. Hudson, T. Reiprich et al. (AIfA); Radio: NRAO / VLA/ NRL

Beschreibung: Was geschieht in der Mitte dieser massereichen Galaxie? Die beiden hellen Quellen in der Mitte dieses Kompositbildes aus Röntgen- (blau) und Radiodaten (rosa) sind vermutlich sehr massereiche Schwarze Löcher, die einander umkreisen und die riesige Radioquelle 3C 75 speisen. Diese sehr massereichen Schwarzen Löcher sind 25.000 Lichtjahre voneinander entfernt. Sie stoßen Ströme aus relativistischen Teilchen aus und sind von viele Millionen Grad heißem Gas umgeben, das Röntgenstrahlen emittiert. Sie sind etwa 300 Millionen Lichtjahre von uns entfernt und befinden sich in den Zentren zweier verschmelzender Galaxien im Galaxienhaufen Abell 400. Astronom*innen kommen zu dem Schluss, dass diese beiden massereichen Schwarzen Löcher in einem Binärsystem durch Gravitation verbunden sind, teils weil die gleichförmig zurückgefegte Erscheinung der Jets sehr wahrscheinlich durch ihre gemeinsame Bewegung entsteht – sie rasen mit 1200 Kilometern pro Sekunde durch das heiße Haufengas. Solche spektakulären kosmischen Verschmelzungen kommen im fernen Universum in den Umgebungen dicht gedrängter Galaxienansammlungen vermutlich häufig vor. Im Endstadium sind solche Verschmelzungen vermutlich starke Quellen von Gravitationswellen.

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Hüllen um den Mikroquasar Cygnus X-1

Die Grafik zeigt einen Mikroquasar, in den Materie fällt. Er ist von einer Akkretionsscheibe umgeben.

Credit und Bildrechte: Steve Cullen (lightbuckets.com)

Beschreibung: Was passiert mit Materie, die in ein aktives Schwarzes Loch fällt? Im Fall von Cygnus X-1 gelangt wahrscheinlich nur ein kleiner Teil dieser Materie hinein. Einfallendes Gas kollidiert nicht nur mit sich selbst, sondern mit einer Akkretionsscheibe aus wirbelnder Materie, die das schwarze Loch umgibt.

Das Ergebnis könnte ein Mikroquasar sein, der im gesamten elektromagnetischen Spektrum leuchtet und mächtige Strahlen erzeugt, die einen Großteil der einfallenden Materie fast mit Lichtgeschwindigkeit in den Kosmos zurückwirft, ehe sie sich dem Ereignishorizont des schwarzen Lochs auch nur nähern kann.

Die Bestätigung, dass die Jets schwarzer Löcher Hüllen erzeugen können, welche sich ausdehnen, erfolgte kürzlich durch die Entdeckung von Hüllen um Cygnus X-1. Rechts oben ist eine solche Hülle abgebildet, die sehr wahrscheinlich durch den Jet des Mikroquasars und Kandidaten für ein schwarzes Loch Cygnus X-1 erzeugt wurde. Wenn Sie den Mauspfeil über das Bild bewegen, sehen Sie eine kommentierte Ansicht. Der physikalische Prozess, der die Jets des Schwarzen Lochs erzeugt, wird weiterhin erforscht.

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Aussicht in der Nähe eines schwarzen Lochs

In einem von roten kreisförmigen Bahnen gebildeten Trichter befindet sich in der Mitte ein weiß leuchtendes Gebilde, von dem ein rauchartiger Strahl aufsteigt.

Illustrationscredit: April Hobart, CXC

Beschreibung: Im Zentrum eines wirbelnden Strudels heißen Gases sitzt wahrscheinlich eine Bestie, die nie direkt beobachtet wurde: ein schwarzes Loch. Untersuchungen des hellen Lichts, das von dem wirbelnden Gas ausgestrahlt wird, weisen häufig nicht nur auf das Vorhandensein eines schwarzen Loches hin, sondern auch auf seine wahrscheinlichen Eigenschaften. Das Gas in der Umgebung von GRO J1655-40 weist zum Beispiel ein ungewöhnliches Flackern mit einer Frequenz von 450 Mal pro Sekunde auf. Angesichts einer früheren Massenabschätzung für das zentrale Objekt von sieben Sonnenmassen kann das schnelle Flackern durch ein schwarzes Loch erklärt werden, das rasend schnell rotiert. Welche physischen Mechanismen das Flackern – und eine langsamere quasi-periodische Schwingung – in Akkretionsscheiben, welche schwarze Löcher und Neutronensterne umgeben, verursachen, bleibt Gegenstand umfangreicher Forschungen.

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Cygnus X-1

Links im Bild leuchtet ein heller bläulicher Stern mit ausgefranstem Rand, von diesem verläuft ein Materiestrom nach rechts zu einer rot-orangefarbenen Akkretionsscheibe um ein Schwarzes Loch.

Credit und Bildrechte: ESA, Hubble

Beschreibung: Ist das ein Schwarzes Loch? Gut möglich. Das Doppelsternsystem Cygnus X-1 enthält einen der besten Kandidaten für ein solch exotisches Objekt. Es ist eine der hellsten Röntgenquellen am Himmel und wurde daher schon früh entdeckt, als die ersten Röntgenteleskope den Himmel nach dieser Strahlung absuchten. Der Name sagt es: Cygnus X-1 ist die hellste Röntgenquelle im Sternbild Schwan (Cygnus). Die Beobachtungsdaten lassen auf ein massives Objekt mit dem Neunfachen der Sonnenmasse schließen, das seine Helligkeit kontinuierlich auf verschiedensten Zeitskalen ändert, bis hinunter in den Millisekundenbereich. Damit kann es sich eigentlich nur um ein Schwarzes Loch handeln – kein anderes Modell vermag diese Daten zu erklären. Das Bild zeigt eine künstlerische Darstellung des Cygnus X-1-Systems. Links erkennt man den Stern HDE 226868, dessen Masse etwa das 30fache der Masse unserer Sonne entspricht. Die Röntgenquelle ist auf der rechten Seite dargestellt. Sie ist mit dem Riesenstern über eine Materiebrücke verbunden, über die Masse vom Stern in eine Akkretionsscheibe überströmt, die das Schwarze Loch umgibt. Der Stern des Systems ist schon mit einem kleinen Teleskop zu sehen. Seltsamerweise scheint Cygnus X-1 ohne eine vorangegangene Supernovaexplosion entstanden zu sein.

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Der Radiobogen im galaktischen Zentrum

Siehe Beschreibung. Ein Klick auf das Bild liefert die höchste verfügbare Auflösung.

Credit: Farhad Zadeh et al. (Northwestern), VLA, NRAO

Wie entstand diese ungewöhnliche Struktur nahe dem Zentrum unserer Galaxis? Links oben im Bild verlaufen lange, parallele, schräge Linien im Radiofrequenzbereich. Sie werden als Radiobogen im galaktischen Zentrum bezeichnt, ihr Ursprung liegt in der galaktischen Ebene.

Der Radiobogen ist durch seltsame gekrümmte Fasern, die als die „Arches“ bezeichnet werden, mit dem galaktischen Zentrum verbunden. Die helle Radiostruktur rechts unten umgibt wahrscheinlich ein Schwazres Loch im galaktischen Zentrum. Sie ist als Sagittarius A* bekannt.

Eine Hypothese zur Entstehung der Geometrie besagt, dass die Radiobögen und die „Arches“ heißes Plasma enthalten, das die Linien eines konstanten Magnetfeldes entlang fließt. Bilder des Röntgenobservatoriums Chandra zeigen vermutlich Kollisionen von Plasma mit nahe gelegenen Wolken aus kaltem Gas.

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Das holografische Prinzip

Im Bild ist ein Kuddelmuddel aus bunten Farbflecken zu sehen. Wenn man es längere Zeit anstarrt und dabei schielt, entdeckt man eine Teekanne, die dreidimensional wirkt.

Bildcredit und Bildrechte: E. Winfree, K. Fleischer, A. Barr et al. (Caltech)

Beschreibung: Sagt dieses Bild mehr als tausend Worte? Dem holografischen Prinzip zufolge beträgt die größte Menge an Information, die ein Bild erhalten kann, bei einen normal großen Computerbildschirm etwa 3 x 1065 Bit.

Das holografische Prinzip, das noch nicht bewiesen wurde, besagt, dass es ein Maximum an Informationsgehalt gibt, den aneinandergrenzende Bereiche auf jeder beliebigen Fläche enthalten können. Daher hängt, entgegen jeden Hausverstand, der Informationsgehalt innerhalb eines Raumes nicht vom Volumen des Raumes, sondern von dem Bereich der ihn umgebenden Wände ab.

Das Prinzip ist von der Idee abgeleitet, dass die Plancklänge – jene Länge, bei der die Quantenmechanik beginnt, die klassische Gravitation zu beherrschen – eine Seite eines Bereichs ist, die nur etwa ein Bit an Information enthalten kann. Diese Grenzgröße wurde erstmals 1993 von dem Physiker Gerard ‚t Hooft postuliert.

So kann sich aus der Verallgemeinerung von Mutmaßungen aus der Ferne ergeben, dass die Information, die in einem Schwarzen Loch enthalten ist, nicht von dem von ihm eingeshlossenen Volumen vorgegeben ist, sondern von der Oberfläche des Ereignishorizonts.

Der Begriff „holografisch“ stammt von einer Hologramm-Analogie, bei der dreidimensionale Bilder mit projiziertem Licht durch einen flachen Schirm entstehen. Aufgepasst, andere Leute, die dieses Bild betrachten, könnten behaupten, die sehen nicht 3 x 1065 Bit, sondern eine Teekanne!

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