Schwarzes Loch – Seite 8 – Weltraumbild des Tages

28. September 201715. November 2023

LIGO-Virgo GW170814 Himmelskarte

Illustrationscredit: LIGO–Virgo-Arbeitsgemeinschaft – Optische Himmelsdaten: A. Mellinger

Beschreibung: Drei auf dem Planeten Erde verteilte Gravitationswellendetektoren meldeten eine Gemeinschaftsentdeckung von Wellen in der Raumzeit – es ist die vierte gemeldete Entdeckung der Verschmelzung eines Binärsystems Schwarzer Löcher im fernen Universum. Das Ereignis wurde GW170814 benannt, nach seiner Entdeckung am 14. August 2017 durch die LIGO-Beobachtungsorte in Hanford (Washington) und Livingston (Louisiana) sowie das erst kürzlich in Betrieb genommene Virgo-Observatorium bei Pisa in Italien. Das Signal entstand in den letzten Augenblicken der Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher mit 31 und 25 Sonnenmassen in einer Entfernung von etwa 1,8 Milliarden Lichtjahren. Der Zeitvergleich der Messungen der Gravitationswellen an allen drei Standorten erlaubte den Astronomen eine erheblich verbesserte Eingrenzung der Herkunft des Signals am Himmel.Die einzige Himmelsregion, die mit den Signalen aller drei Detektoren übereinstimmt, liegt über den Magellanschen Wolken im Sternbild Eridanus, sie ist auf dieser Ganzhimmelskarte mit gelber Umrisslinie markiert. Die Ganzhimmelsprojektion zeigt auch den Bogen unserer Milchstraße. Eine verbesserte Lagebestimmung der Herkunft der Gravitationswelle durch drei Detektoren erlaubte schnelle Nachfolgebeobachtungen mit anderen üblicheren Observatorien für elektromagnetische Strahlung, die nach Signalen suchen können, welche möglicherweise mit dem Ereignis zusammenhängen. Die Ergänzung durch den Virgo-Detektor ermöglichte weiters die Messung der Polarisation der Gravitationswelle – eine Möglichkeit, die zudem Vorhersagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie bestätigt.

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2. Juni 201715. November 2023

Schwarze Löcher mit bekannter Masse

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

Beschreibung: GW170104 können wir zur Karte Schwarzer Löcher mit bekannter Masse hinzufügen. Die extrem energiereiche Verschmelzung zweier kleinerer Schwarzer Löcher deckt sich mit der dritten Gravitationswellenentdeckung des Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO). Das neu entdeckte Schwarze Loch hat etwa 49 Sonnenmassen und füllt die Lücke zwischen den Massen der beiden verschmolzenen Schwarzen Löcher, die zuvor von LIGO entdeckt wurden, diese hatten 62 (GW150914) und 21 Sonnenmassen (GW151216). In allen drei Fällen wurde das Signal in jedem der Zwillings-LIGO-Detektoren eindeutig der Verschmelzung Schwarzer Löcher zugeordnet, ein vierter Fall (LVT151012) resultierte aus einem weniger sicheren Nachweis. Die Entfernung von GW170104 wird auf etwa 3 Milliarden Lichtjahre geschätzt, es ist somit weiter entfernt als die aktuellen Schätzungen für GW150914 und GW151216. Die Wellen in der Raumzeit wurden während LIGOs aktueller Beobachtungsperiode entdeckt, die am 30. November 2016 begann und den Sommer über fortgesetzt wird.

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23. April 20171. Januar 2024

Das holografische Prinzip

Das Bild zeigt viele bunte Flecken. Wenn man das Bild schielend anstarrt, erkennt man nach einiger Zeit eine Teekanne, die plastisch hervortritt.

Bildcredit: Caltech

Beschreibung: Sagt dieses Bild mehr als tausend Worte? Was das Holografische Prinzip betrifft, beträgt die größte Informationsmenge, die dieses Bild enthalten kann, auf einem handelsüblichen Computermonitor etwa 3 x 10⁶⁵ Bit.

Das bisher unbewiesene Holografische Prinzip besagt, dass die Menge an Information, die in den Bereichen auf jeder beliebigen Oberfläche enthalten sein kann, begrenzt ist. Daher hängt der Informationsgehalt im Inneren eines Raumes – anders, als man vermuten würde – nicht vom Volumen des Raumes ab, sondern von der Fläche der angrenzenden Wände.

Das Prinzip leitet sich von der Idee ab, dass die Seite einer Fläche, die nur etwa ein Bit Information enthalten kann, eine Planck-Länge misst. Eine Planck-Länge ist die Größenordnung, ab der die klassische Gravitation gegenüber der Quantenmechanik ihre Bedeutung verliert. Diese Grenze wurde erstmals 1993 von dem Physiker Gerard ‚t Hooft postuliert.

Aus der Verallgemeinerung scheinbar abwegiger Spekulationen kann sich ergeben, dass die Information, die in einem Schwarzen Loch enthalten ist, nicht von dem eingeschlossenen Volumen bestimmt wird, sondern von der Oberfläche ihres Ereignishorizonts.

Der Begriff „holografisch“ leitet sich von der Analogie zu einem Hologramm ab, bei dem dreidimensionale Bilder entstehen, indem man Licht auf eine flache Leinwand projiziert. Aufgepasst: Manche sehen in diesem Bild vielleicht nicht 3 x 10⁶⁵ Bit, sondern eine Teekanne.

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5. April 201714. November 2023

Fasern der aktiven Galaxie NGC 1275

Bildcredit: Hubble Legacy Archive, ESA, NASA; Bearbeitung und Bildrechte: Domingo Pestana

Beschreibung: Was hält die Fasern an dieser Galaxie?

Die Fasern bleiben in NGC 1275 bestehen, obwohl der Tumult galaktischer Kollisionen sie zerstört haben sollten. Die aktive Galaxie NGC 1275 ist das zentrale markante Mitglied des großen, relativ nahen Perseus-Galaxienhaufens. Die aktive Galaxie sieht in sichtbaren Wellenlängen wild aus, sie ist auch eine gewaltige Quelle an Röntgen– und Radioemissionen.

NGC 1275 sammelt Materie, indem ganze Galaxien hineinfallen und letztlich ein sehr massereiches Schwarzes Loch im Kern der Galaxie füttern. Dieses Kompositbild, das aus Archivdaten des Weltraumteleskops Hubble nachgebaut wurde, betont die entstandenen galaktischen Trümmer und Fasern aus leuchtendem Gas, manche sind bis zu 20.000 Lichtjahre lang.

Beobachtungen lassen vermuten, dass die Strukturen, die durch die Aktivität des Schwarzen Lochs vom Galaxienzentrum ausgestoßen werden, durch Magnetfelder zusammengehalten werden. NGC 1275, auch bekannt als Perseus A, ist größer als 100.000 Lichtjahre und etwa 230 Millionen Lichtjahre entfernt.

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27. März 201714. November 2023

Wachsendes Schwarzes Loch mit Strahl

Illustrationscredit: NASA, Swift, Aurore Simonnet (Sonoma State U.)

Beschreibung: Was passiert, wenn ein Schwarzes Loch einen Stern verschlingt?

Viele Details sind noch unbekannt, doch aktuelle Beobachtungen liefern neue Hinweise. 2014 wurde von den bodengebundenen Roboterteleskopen des Projekts der automatisierten Ganzhimmelssuche nach Supernovae (ASAS-SN) eine mächtige Explosion beobachtet und weiterverfolgt, unter anderem von den Instrumenten des NASA–Satelliten Swift im Erdorbit. Computermodelle dieser Emissionen passen zu einem Stern, der von einem fernen, sehr massereichen Schwarzen Loch auseinandergerissen wird. Die Ergebnisse einer solchen Kollision sind auf dieser künstlerischen Darstellung dargestellt.

Das Schwarze Loch selbst ist als winziger schwarzer Punkt in der Mitte dargestellt. Wenn Materie ins Loch fällt, kollidiert sie mit anderer Materie und erhitzt sich. Das Schwarze Loch ist von einer Akkretionsscheibe aus heißer Materie umgeben, die einst der Stern war, und aus der Rotationsachse des Schwarzen Lochs strömt ein Strahl.

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9. Januar 201714. November 2023

Im Zentrum der Spiralgalaxie NGC 5033

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble, MAST – Bearbeitung: Judy Schmidt

Beschreibung: Was geschieht im Zentrum der Spirale NGC 5033? Viele Dinge – einige laufen rund, andere sind energiereich, und manche verstehen wir nicht gut. NGC 5033 ist wegen der großen Aktivität in ihrem Kern als Seyfertgalaxie bekannt. Helle Sterne, dunkler Staub und interstellares Gas wirbeln schnell um ein galaktisches Zentrum, das durch ein sehr massereiches Schwarzes Loch leicht verschoben erscheint. Diese Verschiebung trat vermutlich ein, weil NGC 5033 irgendwann in der letzten Milliarde Jahre mit einer anderen Galaxie verschmolz.

Dieses Bild wurde 2005 mit dem Weltraumteleskop Hubble fotografiert. NGC 5033 ist etwa 100.000 Lichtjahre groß und so weit entfernt, dass wir sehen, wie sie vor ungefähr 40 Millionen Jahren aussah.

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7. Dezember 201614. November 2023

NGC 4696: Fasern um ein Schwarzes Loch

Bildcredit: NASA, ESA, Hubble, A. Fabian

Beschreibung: Was geschieht im Zentrum der elliptischen Galaxie NGC 4696? Auf diesem kürzlich veröffentlichten Bild des Weltraumteleskops Hubble wurden darin lange Tentakel aus Gas und Staub sehr detailreich abgebildet. Diese Fasern verlaufen anscheinend zur Zentralregion der Galaxie, die vermutlich von einem sehr massereichen Schwarzen Loch besetzt ist. Es gibt Hinweise, dass dieses Schwarze Loch Energie abzieht, die das umgebende Gas erhitzt, kühlere Fasern aus Gas und Staub ausstößt und die Sternbildung beendet. Diese Fasern werden von Magnetfeldern in Schwebe gehalten, scheinen dann auf spiralförmigen Bahnen zum zentralen Schwarzen Loch zu laufen und schließlich dieses zu umkreisen.

NGC 4696 ist die größte Galaxie im Zentaurus-Galaxienhaufen, der etwa 150 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Dieses Bild zeigt eine ungefähr 45.000 Lichtjahre breite Region.

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1. November 201614. November 2023

Arp 299: Schwarze Löcher in kollidierenden Galaxien

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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