Schlagwort: Schwarzes Loch

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Lyman-Alpha-Emitter

Links ist eine Abbildung eines gelblich verschwommenen Nebels, rechts eine Illustration: Au seiner waagrechten scheibenartigen Struktur treten nach oben und unten gelbe Auswürfe aus.

Credit: NASA / ESA, CXC, JPL-Caltech, STScI, NAOJ, J.E. Geach (Univ. Durham) et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Der linke Bildteil zeigt eine gewaltige Wolke aus Wasserstoff. Sie wird als Lyman-Alpha-Klecks bezeichnet und ist mehrere hunderttausend Lichtjahre groß. Im Bild wurden Daten kombiniert, die mit Teleskopen im All und auf der Erde gewonnen wurden, und zwar in Röntgenstrahlung, in sichtbarem Licht und in Infrarot. Die gigantische amöbenartige Struktur sah vor etwa 12 Milliarden Jahren so aus. Damals war das Universum ungefähr 2 Milliarden Jahre alt.

Lyman-Alpha-Emitter heißen so, weil sie starke Strahlung in der Lyman-Alpha-Emissionslinie von Wasserstoff emittieren. Normalerweise liegt die Lyman-Alpha-Emission im ultravioletten Bereich des Spektrums. Doch Lyman-Apha-Kleckse sind so weit entfernt, dass ihr Licht in sichtbare (längere) Wellenlängenbereiche rotverschoben ist.

Röntgendaten sind blau dargestellt. Sie zeigen die Anwesenheit eines sehr massereichen schwarzen Loches. Es wird im Zentrum einer aktiven Galaxie gespeist, die sich im Klumpen befindet. Die Illustration im rechten Bildfeld zeigt, dass Strahlung und Ausfluss der aktiven Galaxie vermutlich die Quelle sind, die den Wasserstoff im Klumpen aktiviert und aufheizt.

Lyman-Alpha-Kleckse zeigen vielleicht eine frühe Phase der Galaxienbildung, bei der die Aufheizung so groß war, dass sie ein weiteres rasches Anwachsen aktiver Galaxien und ihrer extrem massereichen schwarzen Löcher begrenzte.

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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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Im Zentrum der Milchstraße

Im Bild sind sehr helle Sterne mit bunten Halos abgebildet.

Credit: ESO, Stefan Gillessen (MPE), F. Eisenhauer, S. Trippe, T. Alexander, R. Genzel, F. Martins, T. Ott

Im Zentrum unserer Milchstraße haust ein sehr massereiches Schwarzes Loch. Diese Aussage war früher heftig umstritten. Heute basiert sie solide auf Beobachtungen aus 16 Jahren. Dabei wurden die Umlaufbahnen von 28 Sternen um das galaktische Zentrum aufgezeichnet.

Forschende vermaßen geduldig an Teleskopen der Europäischen Südsternwarte ESO mit hoch entwickelten Kameras im nahen Infrarot die Positionen der Sterne im Laufe der Zeit. Dabei verfolgten sie auch den Stern S2 während eines ganzen Umlaufes. Der Stern kam währenddessen dem Zentrum der Milchstraße näher als einen Lichttag.

Die Ergebnisse zeigen überzeugend, dass sich S2 unter dem Einfluss der enormen Gravitation eines kompakten, unsichtbaren Objekts bewegt. Dieses Objekt ist ein Schwarzes Loch mit vier Millionen Sonnenmassen. Die Verfolgung von Sternen so nahe am galaktischen Zentrum machte es nun möglich, die Masse des Schwarzen Lochs genau zu bestimmen. Auch unsere Entfernung zum Zentrum wurde ermittelt, sie beträgt 27.000 Lichtjahre.

Diese detailreichen Bilder im nahen Infrarot zeigen die dicht gedrängten innersten 3 Lichtjahre vom Zentrum der Milchstraße. Hier seht ihr spektakuläre Zeitraffer-Animationen der Sterne, die innerhalb weniger Lichttage um das galaktische Zentrum kreisen.

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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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