Schlagwort: Schwarzes Loch

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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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Wenn Schwarze Löcher kollidieren

Videocredit und -rechte: Arbeitsgemeinschaft Simulation extremer Raumzeiten

Was passiert, wenn zwei Schwarze Löcher kollidieren? So eine Extremsituation findet man wahrscheinlich in den Zentren einiger verschmelzender Galaxien und bei Mehrfachsternsystemen.

Das Video ist eine Computeranimation. Sie zeigt das Endstadium einer Verschmelzung. Dabei wären solche Gravitationslinseneffekte vor einem Sternfeld im Hintergrund zu sehen. Die schwarzen Regionen markieren die Ereignishorizonte des dynamischen Duos. Sterne im Hintergrund verschieben sich und bilden einen Ring an der Position ihres gemeinsamen Einsteinrings, der außen herum verläuft. Man sieht nicht nur Bilder aller Hintergrundsterne außerhalb des Einsteinrings, sondern auch Begleitbilder im Inneren.

Am Ende verschmelzen die Schwarzen Löcher. Im letzte Stadium der Verschmelzung kann es einen starken Ausbruch an Gravitationsstrahlung geben, den man vorhersagen kann. Diese Art von Nachstrahlung wird intensiv gesucht. Sie ist von gänzlich anderer Natur als Licht. Man hat sie noch nie direkt beobachtet.

Weltraum-Musikvideo: APOD-Bilder vom September 2015

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Gammastrahlen-Regen von 3C 279

Bildcredit: NASA, DOE, International Fermi LAT Collaboration

Wenn Gammastrahlen Regentropfen wären, sieht der Ausbruch eines sehr massereichen Schwarzen Lochs etwa so aus. Nicht besonders sanft fielen von 14. bis 16. Juni Photonen von Gammastrahlung auf das Weltraumteleskop Fermi, das Gammastrahlen misst. Die Energie der Photonen reichte bis 50 Milliarden Elektronenvolt. Sie stammten von der aktiven Galaxie 3C 279, die etwa 5 Milliarden Lichtjahre entfernt ist.

Jeder „Tropfen“ der Gammastrahlung ist in dieser Zeitraffer-Visualisierung ein wachsender Kreis. Seine Farbe und die maximale Größe zeigen die gemessene Energie des Gammastrahls. Es beginnt mit einem leichten Nieseln im Hintergrund. Plötzliche kommt ein Platzregen, der dann wieder abebbt. Es ist der heftige, energiereiche Ausbruch.

Die kreative, beruhigende Präsentation des historisch hellen Ausbruchs zeigt einen 5 Grad breiten Bereich am Gammastrahlen-Himmel. Er ist auf 3C 279 zentriert.

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Die nahe Spiralgalaxie NGC 4945

Schräg im Bild liegt eine Spiralgalaxie, die wir fast von der Seite sehen, mit Blick auf markante Staubbahnen. Die Seyfertgalaxie NGC 4945 liegt im Sternbild Zentaur.

Bildcredit und Bildrechte: Petri Kehusmaa, Harlingten Atacama-Observatorium

Die große Spiralgalaxie NGC 4945 mitten in dem kosmischen Galaxienporträt ist von der Seite zu sehen. NGC 4945 ist fast gleich groß wie unsere Milchstraße. Das scharfe, farbige Teleskopbild zeigt ihre staubige Scheibe. Junge blaue Sternhaufen und rosarote Sternbildungsregionen treten markant hervor.

NGC 4945 ist etwa 13 Millionen Lichtjahre entfernt. Sie liegt im weiten südlichen Sternbild Zentaur. Die Galaxie ist nur etwa sechsmal weiter entfernt als Andromeda, die große Nachbargalaxie der Milchstraße.

Die Zentralregion der Galaxie ist zwar großteils vor optischen Teleskopen verborgen. Doch Röntgen- und Infrarotbeobachtungen zeigen Hinweise auf energiereiche Strahlung und Sternbildung im Kern von NGC 4945. Ihr verdeckter Kern ist sehr aktiv. Das zeigt, dass die prächtige Universumsinsel eine Seyfertgalaxie ist. Sie enthält ein zentrales, sehr massereiches Schwarzes Loch.

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